愛因斯坦相對論錯了?超弦理論又是什麼

2020-12-15 卡殿講科學

大家都知道愛因斯坦創立的兩大複雜的理論,狹義相對論和廣義相對論。這兩大理論構成了當代關於地球認識的基礎,有一個形象生動的比喻,就是兩兄弟對坐在火爐面前,如果此時有一個美女,那麼他們就不會覺得這個火的溫度是烤人的。還有一種比喻就是有一對雙胞胎兄弟,一個坐上了宇宙飛船,然後在星際間行駛,當他回來之後發現自己並沒有變,可是自己的兄弟卻變老了許多。

人們在學校也大多是這樣獲得相對論的解釋的,一輛在公路上飛馳的汽車,你認為他的速度有多快呢?回答是如果你在同一條路上朝相反的方向行駛,則第一輛汽車是以兩倍於汽車相對於道路的速度離你遠去的,如果你坐在自己汽車裡以同樣的速度與第一輛車並排行駛,那麼第一輛汽車相對於你來說沒有運動,而目前正在進行的有關相對論方面的研究的目的和從微觀和宏觀兩個方面發生的各種進程給予準確解釋,愛因斯坦認為任何物體的運動速度是不可能超過光速的,因為這一方面意味著荒唐,另一方面還意味著必須讓時光倒流。對此有人提出了駁論:

駁論一,在麗娜·豪領導的一批丹麥物理學家與加弗爾大學的同行的共同努力下,成功地使光速降低了近6億倍——每小時1.6千米,他們通過將雷射注入「玻色愛因斯坦凝聚系統」後獲得了這一結果,在這種系統中原子堆幾乎被冷卻到絕對零度程度,在這種情況下的原子反應是不一樣的,原子幾乎是靜止不動的,好像粘合成了一個大原子,在最新通訓技術,信號處理,夜視儀乃至電視中將運用到這種效應,愛因斯坦的理論有些動搖,但暫時還沒有被完全推翻。

駁論二,普林斯頓大學的科學家前不久成功的超越了光速,而且竟然一下子超過了310倍(光速每秒傳播速度約為29.7萬千米),由此看來,相對論遭到了徹底推翻,但參與研究的專家認為愛因斯坦的相對論與超光效應並不矛盾,原因是每一個單獨光子速不可能超過每秒30萬千米,總得來說超光速度不可形成。

除了光速方面的研究,在理論物理學方面也產生了分歧,在相對論提出的時候,物理學還誕生了另一大理論叫做量子力學,二者在各自研究的方面都有很好的解釋,而且適用範圍也很廣,但是二者卻發生了一點小矛盾。簡單來說,量子力學研究的是微觀世界就是原子級的現象和規律,在那個世界裡萬有引力是可以被忽略的。而廣義相對論研究的是宇宙的事情,包括由於空間的扭曲變化產生的引力的現象。當科學家討論到宇宙大爆炸的時候(宇宙大爆炸的奇點和爆炸的瞬間),這一現象既屬於微觀尺度又屬於宏觀尺度,量子力學和廣義相對論的矛盾就出現了,兩者把物理定律搞得一團糟,開始有點自相矛盾。

後來人們就提出了超弦理論,之所以叫做弦理論,是因為它的震動方式就像人類彈的琴弦一樣。超弦理論認為:(1)超弦理論是現在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統一起來的理論;(2)超弦理論認為弦是物質組成的最基本單元,所有的基本粒子如電子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振動激發態;(3)超弦理論第一次將二十世紀的兩大基礎理論-廣義相對論和量子力學-結合到一個數學上自冾的框架裡;(4)超弦理論有可能解決一些長期困擾物理學家的世紀難題如黑洞的本質和宇宙的起源。(5)超弦理論的實驗證實將從根本上改變人們對物質結構、空間和時間的認識。

也不是說相對論錯了,只不過物理學的不斷發展變化,各種理論之間都是有聯繫的。超弦理論也只是在量子力學的基礎上的一個發展而已,它還有待完善。就好像萬有引力定律一樣,它對於微觀世界是不適用的,但是它仍然是自然界最基本定律之一。

圖片來自網絡,侵權聯繫刪。

相關焦點

  • 報名 「百年相對論」第三場:朱傳界與超弦理論
    如果地球上從未誕生過相對論,那麼人類理解宇宙的境界就會"完美"地終結在十九世紀。什麼是相對論?
  • 從創造論看超弦理論與靈魂
    討論的參與者表示,有一個視頻講述科學證實了超弦就是靈魂,還說靈魂已經被科學發現了,讓觀眾知道靈魂真的存在。他們希望筆者就此發表一點看法。翻看本公眾號後才發現,還沒有文章是從創造論的角度去看待超弦這一物理學的前沿理論,所以筆者這裡補上一篇,淺析創造論者如何去面對這套熱門的理論,以及超弦與靈魂是否有關係。在談及超弦理論前,我們有必要簡單回顧一下近代物理學史。
  • 「超弦理論」探尋世界最為深奧的真相
    就像千年奇才佩雷爾曼一樣,為了證明拓撲學領域的龐加萊猜想,他獨闢蹊徑,漫遊在微分幾何,熱力學和統計物理多個艱深的理論領域,完成了拓撲學領域的世紀難題龐加萊猜想。與此同時,龐加萊的命題把愛因斯坦的廣義相對論和量子力學在內的所有學科都關聯在了一起...超弦理論,無疑是宇宙最為深奧的真相的備選理論之一,等待著被人類解題。
  • 99%的人都不理解:超弦理論與平行宇宙是什麼
    99%的人都不理解:超弦理論與平行宇宙是什麼?
  • 超弦理論為什麼能輕易解決量子力學無法解決的引力問題?
    如果你了解什麼是超弦理論,你會感嘆到它的框架是那樣的迷人(也可以在最下方查看我的其它文章),但更吸引人的地方還在於超弦理論能緩和引力與量子力學之間的對立。我們都知道廣義相對論和量子力學是不共戴天的,廣義相對論講述的是時間和空間體系,而量子力學卻說世間萬物都在被量子觸摸。
  • 宇宙的終極候選理論知之超弦理論
    超弦理論是怎麼來的,首先說說目前宇宙中存在四種基本力,及電磁力,強相互作用力,弱相互作用力和引力。電磁相互作用產生的力是通過交換虛光子產生的電荷之間的電磁力,由此誕生了量子電動力學。弦理論就是一個數學和邏輯都比較符合的一個理論,這種理論認為物質的基本單元不是粒子而是很小很小的線狀的「弦」包括有端點的「開口弦」和圈狀的「閉合弦」。閒的尺度非常小,也就是普朗克尺度1.6乘以十的負35次方米。如此小的尺度,我們人類目前觀測不到,因此還沒有辦法驗證這個理論。
  • 愛因斯坦的廣義相對論是什麼?
    1915年,阿爾伯特·愛因斯坦創立了廣義相對論(GRT),即這個「特殊」理論誕生十年之後,應用光速,並假設物理定律在任何給定的參照系中保持不變。但是,乍一看,GRT是不是真的很複雜?如何理解廣義相對論?愛因斯坦的廣義相對論可以用幾個字來表達:「時空告訴物質是如何運動的;物質告訴時空是如何彎曲的。」
  • 什麼是重力?愛因斯坦提出廣義相對論後,牛頓的定律是錯的嗎?
    還有什麼能比引力更令我們熟悉呢?從高處落下一個物體,萬有引力就使它墜向地面。同時我們在課堂上學到引力使月球繞地球運動,也使地球繞太陽運動。在他生命的最後一段時間,他說,也許有一天我們能發現引力到底是什麼。」愛因斯坦的革命引力跨越空間的秘密在200年後被阿爾伯特·愛因斯坦揭開,他的廣義相對論用一種全新的方式描述了引力。牛頓認為引力是一個力,而愛因斯坦把它看做空間本身的彎曲。
  • 什麼是相對論?愛因斯坦到底破解了什麼秘密?
    在愛因斯坦生前,他就因創造了相對論而家喻戶曉。他所到之處,全世界都颳起了「愛因斯坦旋風」。但是當時的民眾對什麼是相對論並不了解。甚至是一些學術人員也是霧裡看花。有一次,愛因斯坦被邀請到加州大學演講,下面坐了一圈他的粉絲,都是大學生。大學生們就問愛因斯坦,據說相對論非常的晦澀難懂,您能不能簡單地描述一下它到底是什麼意思?
  • 愛因斯坦:相對論
    昨天說到物理界四大神獸,今天填坑愛因斯坦吧;現代物理已被兩大物理學佔據:相對論和量子力學。今天來說相對論,為了讓大家好理解部分理論內容,先舉幾個看似不可能,但是可能存在的例子吧。相對論嗎,不就說的是相對麼。這是存在狹義相對論裡面的,(我的理解是可以實際證明的,但是沒人和你這麼說,因為物理界非常嚴謹,狹義相對論和廣義相對論我統稱為相對論)。
  • 新理論摒棄了愛因斯坦的廣義相對論
    Larry Silverberg和Jeffrey Eischen的理論甚至可能會取代愛因斯坦的廣義相對論,後者已經被用來解釋物理現象超過一個世紀,最突出的是空間和時間的扭曲。該理論基於這樣一個基本理念,即能量在空間和時間中不斷流動,永無止境,永不交叉。
  • 引力原來不是「力」,牛頓萬有引力定律早已被愛因斯坦相對論推翻
    直到愛因斯坦相對論的橫空出世。在廣義相對論中,愛因斯坦徹底推翻了萬有引力定律,他認為引力並不是一種力,而是具有質量的物體之間加速靠近的趨勢,其來源於物體自身質量對於時空的彎曲。並且愛因斯坦運用廣義相對論成功地解釋了水星近日點進動,這一困擾牛頓萬有引力定律的問題,之前一直被認為是由於有未被發現的小行星引起的。但是在愛因斯坦的太陽引力場方程中,這一問題得到了完美的解答。
  • 超弦理論、M理論、高維空間是啥?咋來的?看完這篇文章你就懂了
    我們都知道在宇宙存在四種基本力,其中廣義相對論可以描述引力場,楊-米爾斯理論可以描述弱力、強力、電磁力,但是當物理學家試圖把相對論和量子力學相融合時就,卻發現無法兼容,於是物理學家就想能不能只用一種理論就能描述宇宙所有的現象?能不能只用一種理論就解釋所有問題?
  • 超弦理論 物理學最深邃的理論 外行也能看懂
    威騰在文章裡講了什麼?我們不妨來看看這篇文章的「通俗版」——《每個外行都該了解的弦理論知識》。但是因為愛因斯坦的廣義相對論討論的是時空曲率而不是粒子,所以在計算引力的量子效應時,我們就不是對粒子路徑求平均,而是對所有可能的時空幾何求平均。        考慮三維空間中所有可能的幾何非常困難,但是如果降到一維,計算就變得很簡單。
  • 通俗的解釋愛因斯坦相對論到底說的是什麼?
    愛因斯坦的相對論是一個著名的物理理論,但人們對此知之甚少。相對論包含兩個不同的元素:廣義相對論和狹義相對論。狹義相對論首先被介紹,後來被認為狹義相對論是更全面的廣義相對論的特例。廣義相對論是阿爾伯特·愛因斯坦在1907年至1915年間發展起來的一種引力理論,1915年之後,許多人為驗證廣義相對論做出了貢獻。
  • M理論:統一了五種超弦理論和11維超引力理論
    M理論是弦理論的延伸,而超弦理論則發展自弦理論。弦理論與傳統的基本粒子論不同之處在於不把一個基本粒子看成一個點粒子,而認為其是一根一維的弦,顯然這種思維完全顛覆了以往所有的宇宙學理論。     比如,根據弦理論,粒子被看作是長度為普朗克尺度一維弦,在引入費米子的座標後,科學家提出了超弦理論。超弦理論暗示的平行宇宙時空必須擁有十個維度,時空中也存在超對稱現象,但沒有真空穩定態的問題,超弦理論的形成意味著此類平行宇宙並非由粒子和場構成的時空,宇宙不僅是四維時空,而是多維的。
  • 相對論,進化論,是否生來是「理論」?
    而科學觀點回應道,「不,'理論'一詞的科學用法並不在於字面意思。但我不認為這種說法正確。對一些情況,比如進化論、萬能引力定律、相對論或量子理論來說,它們都是在某些制度中被實驗驗證過的科學模型。但是,是否所有的科學用語都是經過驗證的理論呢? 因為我們用詞不嚴謹,很容易在彼此交談時產生誤解,容易存在一些差異。
  • 相對論「穩居王位」:愛因斯坦的理論無偏差,引力測試結果全無效
    簡述:研究者致力於用實驗來尋找違反愛因斯坦廣義相對論的結果時,什麼都沒有就是結果。這也起到了一定作用,有利於進一步探索新物理在哪裡與不在哪裡。與其他重要的實驗不同,他們找不到他們想要的東西,但是出乎意料的是,他們的「無效」結果為相對論鋪平了道路。在尋找新事物時,研究人員有時會故意著手產生無效結果,這種類型的實驗是為了尋找與愛因斯坦廣義相對論的偏差。
  • 超弦理論的簡述--其與人的靈魂有秘切關係
    一連串的疑惑不得不使科學家認真考慮:也許在基本粒子內部存在一種更深層的結構,這種結構尚未被我們所理解。這真是個驚人的見解,大多數平面生命都困惑不解。 相對論和量子理論的遭遇與這種情況非常相似,在我們的三維空間裡,它們就像兩塊互不相干的碎片,永遠也拼合不到一起。
  • 超弦宇宙學
    宇宙學本身就建立在廣義相對論的基礎上,沒有時空彎曲概念,現代宇宙學是不可能的。宇宙學還檢驗了輕元素的合成理論,對中微子的種類和質量給出限制。如何利用宇宙學檢驗超出廣義相對論的理論以及超出粒子物理標準模型的理論,就成為過去幾十年宇宙學家以及粒子物理學家共同的研究課題。