那些具有超強預言功能的公式,你知道哪些?

2020-11-29 極智教育

我們知道物理學中公式眾多,為我們解釋這個世界提供了很好的工具。解釋我們所處的自然界自然是物理學必做的事,但是最高層次的解釋是預言,預言一些我們原本不知道或者沒有任何認知的事物,而這些事物在宇宙中又是確實存在的!

1.萬有引力定律

萬有引力公式

這個公式對我們而言,是如此地熟悉,如此地簡潔,如此地優美,恰恰是運用它預言了海王星的存在,算出了它的軌道。英國天文學家赫歇爾觀測到了天王星,但是天王星的實際運行軌道與算出來的結果不太一致,當時有人覺得萬有引力定律「失靈」了,劍橋大學的學生亞當斯堅信萬有引力定律不會出錯,是由於其他行星的引力引起的,而那時已知的行星只有那麼多,他預言天王星附近肯定還有一顆行星,只是沒有被當時的人發現,亞當斯利用兩年時間推算未知行星軌道,最後得到了海王星的運行特點。後來,天文學家加勒按照計算結果指示的方向去尋找真的發現了這顆難以觀測的光線比較暗淡的海王星。

海王星

隨著該理論進一步發展,人們發現海王星軌道也並非那麼規則,1862年又用萬有引力定律計算出海王星外新的行星周圍有一顆伴星——天狼星,這顆伴星造成了天狼星軌道的波浪形。除此之外,哈雷觀察到一顆拖著長長尾巴的彗星出沒不定,神秘莫測,很多人都想知道它是什麼,哈雷利用該定律計算出1758年左右將會出現在地球附近,人們終於在1759年按照結果指示,發現了這顆彗星,可惜的是,那時哈雷已經去世,沒有看到這顆以他名字命名的彗星。

哈雷彗星

2.麥克斯韋方程組

關於這組方程的讚譽很多,關於解釋功能自然不必多說。有一句話不是流傳至今嗎?有一個比較謙虛的評價:一般地,宇宙間一切電磁現象皆可由此方程解釋。它還有一個功能,便是預言了電磁波的存在。麥克斯韋僅靠紙和筆演算,得到了變化電場激發磁場,變化的磁場激發電場,不需要依賴介質,進靠場自身的變化便可像水波等介質波一樣在空間傳播開來,這就是電磁波。麥克斯韋還通過這組方程計算出了電磁波的速度和電磁波的一系列性質,如反射、折射、幹涉、衍射、偏振、散射、吸收等等,並利用此方程證明了光就是電磁波,並揭示了電、磁、和光現象只不過是同一事物的不同側面而已,完成了電磁現象和光現象的大統一(人類歷史上第二次大統一)。由於麥克斯韋的偉大想法那時的人無法理解,也沒有人相信他的大膽預言,最終麥克斯韋鬱鬱而終,沒有看到他的後繼者發現電磁波的存在,更沒有想到人類今天能夠邁入電氣時代,而後又迅速進入了資訊時代。

3.愛因斯坦引力場方程

愛因斯坦方程

該方程蘊含著「物質告訴時空如何彎曲,時空告訴物質如何運動」的思想,將時間、空間、物質和運動這四個自然界最基本的東西聯繫了起來。100年前,愛因斯坦通過方程預言,星系團利用自身龐大的引力場將旁邊的時空扭曲,形成「引力透鏡」效應,目前人類發現的這種現象有數十個。當愛因斯坦提出這個方程後,通過運算發現了宇宙中存在黑洞這樣的神奇天體,愛因斯坦很討厭自己發現的這個「怪物」,甚至試圖擺脫它,可是越來越多的證據表明黑洞是存在的,今年上半年還被人們拍下了這個「怪物」,一百年前愛因斯坦的預言得到了證實。不僅如此,引力波的存在也能通過場方程可以得到,2016年科學界宣布引力波的發現,證實了愛因斯坦的一個預言,這個方程的本事不止於此,比如預言太陽附近光線的彎曲程度、水星近日點的進動情況、愛因斯坦羅森橋等等,不過,這些已經足以證明這個方程的預言力量有多大。

4.狄拉克方程

狄拉克方程

這個方程由英國物理學家狄拉克提出,後來人評價:這個方程比發現它的人更聰明。當時提出這個方程時,連狄拉克自己都沒有意識到這個方程的威力。狄拉克通過「玩魔術」一樣奇特的分解方法得到這個方程,從這個方程中自動得到了電子自旋的起源,計算了光譜的精細結構,但是方程中包含了當時人們都接受不了的負能態解,狄拉克起初也想避免這種結果,於是冥思苦想,發現他方程裡的這個解沒法避免,思考了兩年後終於明白得到的負能態解其實預示著宇宙的另一個世界——反物質存在。原來宇宙中不僅存在著普通的物質,還存在著反物質,它們與正常物質具有相反電性,一旦相遇便會湮滅,所有質量都會虧損掉,以能量形式釋放出來。剛開始,這種想法同樣受到質疑,幾年後安德森在宇宙射線中真的發現了狄拉克所說的反物質,證實了方程的正確性。

5.標準模型的拉氏量

標準模型拉氏量

標準模型要表述的東西只能用「東西」來描述,我們的初中物理書上就提過,一個杯子摔碎變成了玻璃碎片,玻璃碎片又能碾磨成很多玻璃粉末,玻璃粉末由分子構成,分子原子構成,原子由原子核與核外電子構成,原子核由質子和中子構成,質子和中子由夸克構成,現代物理中認為夸克是屬於「基本粒子」,即沒有內部結構,它不能由更小的什麼東西構成,那這個最小的存在又是怎麼樣的一種存在呢?標準模型就是描述這樣的一些基元怎麼構築成我們這座宇宙大廈的!這方程比前面的更猛,預言了61種「基本粒子」,這些「基本粒子」都源自於「場的激發」,在實驗中,人們逐一地發現了這61種奇特的極微小的物質單元,在2013年第61種譽為「上帝粒子」的希格斯玻色子終於被找到,這一理論得到了支持。

基本粒子

我們只是宇宙這片大海洋中的激起的小小漣漪,甚至連漣漪都算不上,我們是如此地渺小,即便是對於幾個最簡單的問題:我是誰?(物質結構)我們將要到哪兒去?(時間本質)我在哪裡?(空間維度)我們真的知道了嗎?真理的海洋如此浩瀚,我們站在這片海洋的面前,怎敢誇下海口,認為自己懂了呢?

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