時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎

2020-05-01 萬象經驗

自從牛頓發現了萬有引力之後,科學家就一直致力於對它的研究。在牛頓引力定律之中,引力隨著距離的平方而成比例的減小。例如,距離增加兩倍,則引力減小4倍;距離增加四倍,引力減小十六倍。但是更進一步的研究發現,這種距離平方的反比定律並不是在任何地方都是準確的,比如在太陽和黑洞這種大質量天體附近。在太陽系之中,水星是離太陽最近的行星,所以這種不精確性就比較明顯,科學家發現它的軌道不像牛頓引力定律預測的那樣是一個封閉的橢圓。

愛因斯坦的廣義相對論是我們理解引力的更先進的途徑,通過這種棘手的數學計算,我們知道了一種叫做「時空」的東西,一種四維結構(三維空間和一維時間)編織而成的一種結構。廣義相對論告訴我們,引力是有質量物體附近被彎曲的時空造成的。簡單來說,物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動。通過使用廣義相對論,我們可以很輕鬆地解決牛頓引力無法解決的水星進動問題。


時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎


連續或離散

數十年來,科學家已經利用多種現象證明愛因斯坦廣義相對論的正確性。但是,為了讓廣義相對論的數學原理起作用,這個時空必須在小尺度上絕對光滑。不管你放大多少倍,時空都必須像一件新熨過的襯衫一樣沒有褶皺。它也必須沒有孔洞、沒有裂縫、沒有纏結。沒有這種平滑性,引力的數學運算就會簡單地崩潰。

但廣義相對論並不是唯一解釋時空的理論,我們還有量子力學以及它的繼承者量子場論。在量子世界裡,一切微觀的東西都是由隨機決定的。粒子可以在一瞬間出現和消失。能量場可以用它們自己的意志擺動和振動。沒有什麼是可以確定的。


時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎


因此,正如物理學家約翰·惠勒指出的那樣,如果我們把時間縮小到儘可能小的尺度,比如所謂的普朗克長度,時空就不應該看起來是平滑的。相反,它應該是一團翻滾、混亂的小塊。所以時空應該是充滿孔洞和縫隙的,只不過在宏觀世界中我們觀察不到而已。就像一張桌子,它看似非常光滑,實際上它是由許多分子組成,而分子之間卻充滿空隙。

連續並離散

有人認為要麼廣義相對論是正確的,時空是連續的;要麼量子力學是正確的,時空是離散的。但是,科學家表示,這兩種時空觀可以是同時正確的。就像光可以同時是波也是粒子一樣,即所謂的波粒二象性。物理學家認為,最終的答案在於兩種觀點的結合,即所謂的量子引力。所以如果我們能打開時空,看看最微小的尺度,也許我們能得到一些線索,知道到底發生了什麼。

那麼如何檢驗呢?科學家認為如果時空是連續的,光不會受到任何影響。如果時空是離散的,一速光通過後將會遇到各種微觀上的顛簸。不過這種微小的效應在實驗室是測不出來的。但是,我們可以利用宇宙中的天體做實驗,利用180億光年之外的星雲,但是目前還沒有符合的。


時空是連續並離散的,數百年來終於有人察覺,又有人要得諾貝爾獎


毫無疑問,這是個諾貝爾獎級別的研究,誰把它研究清楚了就有機會獲得諾貝爾獎。

相關焦點

  • 宇宙空間組成是離散的還是連續的?
    無論是大爆炸所達到的尺度,還是普朗克標度(大約10 ^ (-35)米),在尺寸(大小)和能量(能量)上都有很長的路要走。正如可以通過將事物分成較小的塊,直到得到不可分割的東西來了解事物的本質一樣,可能會暗示可以對空間做同樣的事情。也許有一個最小的比例尺,我們最終可能會達到無法進一步劃分的程度:最小的比例尺上的最小空間單位。
  • 從「連續」到「離散」,「量子世界」與「宏觀世界」到底有何不同
    我們處於一個多姿多彩的大千世界,人們對這個世界的描述總的來說可以分為兩種:一種是:這個世界的「時空」是「連續」的,另一種是:這個世界的「時空」是「不連續」的,即「離散」的。關於這兩個問題的深度思考,早已經從遙遠的古代就開始了。也正是這些深刻的思考,人類才走出了與野獸博鬥的原始大森林,在這顆蔚藍色的星球上創下了一個又一個輝煌燦爛的文明。
  • 我們如何描述時空?
    真正的問題在於最小長度是否存在,也就是說,宇宙是有原子長度的離散狀態,還是沒有最小長度的連續狀態。這對於時間也同樣適用。時間是否有一個前進的「滴答聲」,或是在t=0到t=1之間的所有可能實時時間內流暢移動?諾貝爾獎得主暨邦戈鼓演奏家理察·費曼(Richard Feynman)對物理學連續數的一些特徵提出了異議。
  • 人類意識是連續的,還是離散的?
    人類意識是連續的,還是以不連續的組塊形式出現?乍看之下,這是一個很奇怪的問題,對於我們來說,生活就像一部電影,在我們清醒的每一個時刻都能感知和意識到事物發生的變化。  然而,科學家、哲學家和神經科學家就此問題爭論了1500多年,聖奧古斯汀是早期偉大的意識哲學家之一,他曾思考過我們如何能在短暫時間內感知運動,歷史更久遠的Abhidharma佛學院曾討論稱,人類意識是離散的意識事件,而不是連續不斷的意識流。  現代科學界的解釋呢?
  • 世界的起源是離散的,時空的本源是無限多維的
    世界的起源是離散的,時空的本源是無限多維的,任何一個獨立的子系統,都可以佔據其獨立的維度空間,任何事物的本質是不可比的。有人又會搞出「環境決定生物形態」,這個適應是相互的,不要提決定好不好,第一,可以選擇環境,長出肺了,就上陸地上玩去了,第二,可以改變環境,本來陸地上沒土壤,艱苦幾年,就有土壤了。
  • 大神總結:傅立葉連續、離散變換
    表面上看,兩道公式比較難聯繫起來,因為連續變換公式的積分限和離散公式的求和範圍就有著較大的差異,再者,連續逆變換公式和離散逆變換公式前面的係數也有較大的差別。下面將通過公式推導將這兩種變換聯繫起來。這就是離散傅立葉變換的公式了。那麼離散傅立葉逆變換的公式又是怎樣呢,我們可以根據連續傅立葉逆變換的公式來寫出。首先給出連續傅立葉逆變換的公式:
  • 時空不是連續的?這些科學家在實驗室裡模擬量子時空
    來源:環球科學圖片來源:quanta magazine我們所處的空間與時間,或許不是連續的?一個名為「圈量子引力」的量子理論,就提出了離散時空的概念。現在,一項由多位華人科學家主導的研究,讓該理論進入全新的階段——在實驗室中模擬圈量子引力中的時空量子態。
  • 時空不是連續的?這些華人科學家,在實驗室裡模擬量子時空
    一個名為「圈量子引力」的量子理論,就提出了離散時空的概念。現在,一項由多位華人科學家主導的研究,讓該理論進入全新的階段——在實驗室中模擬圈量子引力中的時空量子態。 撰文 | 張華 編輯 | 吳非 20世紀上半葉,量子理論的出現讓物理學進入全新的階段。這時,離散化成為物理學的新潮流。
  • 老郭帶你學數學,什麼是離散量和連續量?
    書是分離、獨立存在的,數學上把很多這樣的分離的物體的集合叫做集,我們在數數目的時候,回答的時候要帶上單位,比如書的單位是本,蘋果則是個,羊可以用只等等,這類東西就稱作離散量。與這些帶單位的離散量相比,測量有多少水這樣的量就稱作連續量。因為杯子裡的水不是一個個分離的,而是連續變化的(不考慮物質的可分性)。不論杯子裡的水分到多麼微量也是水,不改變。
  • 諾貝爾獎冷知識:他入圍13次未能折桂,有人拒絕殊榮
    諾貝爾獎各個獎項的得獎名單會在10月5日起陸續公布,這些有逾百年歷史的獎項,你又認識多少?日本作家村上春樹被傳入圍多年但一直沒有得獎,很多人把他視為極大遺珠,但他並不是失落最多次數的入圍者;至於有人獲獎卻無法領取,或多年以來,一共有多少女性獲獎你又知不知?
  • 中國最該得諾貝爾獎的人,是她
    中國人心中始終縈繞一股諾獎情結,在2012年莫言獲獎之前,百年間無人問鼎,我們等了太久太久。有關中國人與諾貝爾獎的淵源,始於1957年。楊振寧與李政道兩個三十來歲的年輕人因提出宇稱不守恆定律而獲得諾貝爾物理學獎。
  • 穿透力的秘密,終於有人說清楚了
    也就是說,如果我們用拳頭打人的話,要想產生穿透效果就得把拳頭握成空心拳,當這種空心拳打到人身上時會做相應地緩衝處理,使拳頭不被彈回來,這樣就產生了穿透效果。需要注意的問題是,當這種空心拳打到人身上時千萬不要把拳頭握緊,拳頭一握緊就被彈回來了,那就前功盡棄了。
  • 太空垃圾,終於有人要行動了!
    也請各位,在朋友圈奔走相告,這個地球「大垃圾場」終於有人管了。 日航局稱可用數百米甚至數千米長的電纜線,將天空垃圾與長長的電線相連,並利用地球磁場中運動產生的電力,使太空垃圾運行速度下降後,將其拉入較低的軌道,最後進入大氣層燒毀。 我國的科研人員就此問題曾發表過一篇名為「天基雷射站清除小尺寸空間碎片對軌道要素的影響」的論文。
  • 時空到底是平滑的,還是塊狀的?聽聽科學家怎麼說
    如果說近現代科學理論中,哪一個對時空的探索比較深,那一定是愛因斯坦的廣義相對論,在廣義相對論中,空間和時間被編織成統一的時空結構,這是支撐我們所處宇宙的四維舞臺。這個時空是連續的,意味著任何地方都沒有空隙,一切都是光滑的。在這個光滑的時空結構中,存在著時空的彎曲和變形,這也是引力的來源。
  • 全中國人再次扣問:未來10年我國能否有人能獲諾貝爾獎?
    一個急切的問題:未來10年我國能否有人能獲諾貝爾獎?我首先肯定告訴大家:絕對會有!不說別人,就是本人的2個領域:策劃學(策劃經濟學)及時間理論,未來10年都有可能榮獲諾貝爾獎。即使不能獲得,可以自信地說:其中的貢獻也至少達到了此獎的水平。
  • 這就是為什麼空間需要連續而不是離散的原因
    無論是大爆炸所達到的尺度,還是普朗克尺度(大約10 ^ -35米),在尺寸(大小)和能量(能量)上都有很長的路要走。 (新南威爾斯大學/物理學院)正如您可以通過將事物分成較小的塊直到得到不可分割的東西來了解事物的本質一樣,您可能會暗示可以對空間做同樣的事情。 也許有一個最小的比例尺,您最終可能會達到無法進一步劃分的程度:最小的比例尺上的最小空間單位。
  • 持續1500年的難題:意識是連續的,還是非連續的?
    這個古老的爭論已經持續了數百年,這兩種觀點各有勢均力敵的支持者,在漫長的時間裡,總是輪流交替地佔據上風。大多數哲學家贊同連續的意識知覺觀點,這種觀點也更符合我們的直覺。在多數經典模型中,意識是被視為連續的流,表明我們感覺自己在每時每刻都是有意識的。
  • 1500年之爭:意識是連續還是離散的?現在有答案了
    作者:張思瑋意識是連續的(即我們在每一個時間點都有意識),還是離散的(即我們只在特定的時刻有意識)?這個長達1500年之久的爭論最近有了新的結論。研究人員用一個新模型回答了這個古老的問題,該模型結合了連續的時刻和離散的時間點,最終得出結論是:可能兩者都有。相關研究發表在9月3日出版的《認知科學趨勢》上。「意識基本上就像一部電影。
  • 諾貝爾獎啟幕,因疫情60多年來首破傳統百年前險夭折……
    中新網10月5日電(劉丹憶)10月5日,2020年諾貝爾獎「開獎周」正式拉開帷幕。新冠病毒大流行改變了世界的打開方式,擁有百年歷史的諾貝爾獎,也不得不取消頒獎晚宴,半個多世紀以來首次打破傳統。雖然在今天,人們認同諾貝爾獎是科學界的權威獎項,但在百年之前,它卻遭受非議,差點夭折。在諾貝爾遺囑公布之初,瑞典輿論一片譴責之聲,諾貝爾也因為沒把巨額遺產捐贈給瑞典,而被貼上了「不愛國」的標籤。好在經過諾貝爾遺囑執行人的不懈努力,瑞典國王終於在1898年宣布諾貝爾遺囑生效,瑞典國會後來也通過了諾貝爾基金會章程。
  • 諾貝爾獎啟幕:因疫情60多年來首破傳統 百年前險夭折
    來源:中國新聞網作者 劉丹憶中新網10月5日電 10月5日,2020年諾貝爾獎「開獎周」正式拉開帷幕。新冠病毒大流行改變了世界的打開方式,擁有百年歷史的諾貝爾獎,也不得不取消頒獎晚宴,半個多世紀以來首次打破傳統。