物理學界的真真假假,對相對論,量子力學,超弦,暗黑物質的聯想

2020-12-05 百家號

你是否懷疑過這個世界的真實性?或是電腦程式,或是外星人的玩物,又或者是虛無?我們的世界到底是什麼?時間真切存在嗎?一切物理定律是否只展現了世界的表層?關於這些,哲學家,宗教學家,社會學家,科學家等都進行了深刻的思考,然而探索永無止境,誰也不能給出最正確的答案。其中,波普爾是二十世紀一位對科學觀及科學方法影響深遠的哲學家,他對歸納論證的批評及提出證偽觀念,剛好是二十世紀物理學上最重要的幾個理論的寫照,一起來看看這個世界的有多少是真的。

牛頓力學及重力定律的成功,讓人類在數百年來驚嘆自己的成就及感覺自身在宇宙中的偉大。無數的實驗及生活經驗,從傳說中的蘋果落地到月亮繞地球運行,從旋轉木馬到宇航,無一不在印證牛頓的勝利。但歷史告訴我們,很多偉大理論的發現不是因為現有理論的一帆風順,而是發現現有理論有不可彌補的破綻( 例如跟其他理論不相容) 。我們可以透過光速和時空兩個例子去簡略看看狹義相對論、廣義相對論、量子力學、超弦理論及統一理論間千絲萬縷的關係。

光的速度當然是很快,這也是伽力略當年測量實驗失敗的主因。你有沒有想過只要自己速度比光還要快的時候,便可以把光( 或光子) 拿到手上!跟據牛頓運動定律,這是絕對可行。但這結論卻跟麥克斯韋的電磁理論不相容。個問題的解決者正是愛因斯坦,解決方法就是狹義相對論。而光速有一固定值而不隨運動源改變的觀念成為二十世紀初期驚天動地的一筆,沒有任何帶有訊息的東西可以超越光速。可是這一划時代的發現卻帶來另一項矛盾:它和牛頓重力學暗含的瞬時重力影響大相逕庭。解決方法?解鈴還須繫鈴人!就是愛因斯坦的廣義相對論。透過重力幾何化,利用時空彎曲的觀念,愛因斯坦完滿地處理了這個問題而同時革命性地改變人類對時空的看法。

量子力學被形容為人類眾多科學成就中最為精準的理論。縱使量子力學的解釋仍是懸而未決,但它的結果及預測等等的精確實在是毋庸置疑,我們只要環顧四周生活上的形形色色電子科技便知所言不虛。

可是廣義相對論及量子力學這兩門二十世紀人類輝煌的成就, 卻水火不容!一個可以描述最大的宇宙結構及一個可以描述最小的物質結構竟互不相容,而且按照它們目前被陳構的模式,決不可能兩者都正確。打從愛因斯坦下半生所致力的統一場論,到今天科學家繼成道統不斷尋找的萬有理論,是否已走入死胡同?超弦理論的提出正好為這死結展露一線曙光。超弦理論不單消弭廣義相對論及量子力學的不相容性,而且使這兩大理論互相依存,缺一不可。此外超弦理論也再次為我們的時空觀起了翻天覆地的革命。但這超玄的超弦,到底是一件21 世紀的產品,不小心掉進20 世紀,還是如楊振寧所相信的,它不是真正的貨色 。

在天文學及物理學的範疇,跟超弦的超玄性質相似的還有不少例子,暗黑能量就是近幾年的新主角。人們對暗黑能量的感想,就如同費曼對他在加州理工的同事嘗試解釋為何玻色子自旋為整數的粒子而費米子自旋為半整數的粒子時一樣。費曼最後的結論是:原來我們還是不知道這到底是什麼一回事!

自然界就是如此神秘及有趣,對我們這些熱愛思考及對宇宙有濃厚感情的人來說,天文學確實給了我們不少啟示,其中最重要的就是教我們知道自身的渺小但絕不自卑,知道人類的偉大但卻懂得謙虛。朋友們,你說是不是?歡迎評論自己獨到的見解

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  • 被稱為「大一統」的超弦理論是憑什麼擊敗相對論和量子力學的?
    不過隨著時間轉到21世紀,越來越多的實驗證明了,無論是量子力學還是廣義相對論都沒能達到最深層的認識。在物理領域,我們使用的理論一般也只有一種:要麼是量子力學,要麼是廣義相對論。當然也有例外的情況——黑洞的奇點,也只有這種極其特殊的環境下才可能同時用到兩種理論。
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    愛因斯坦的相對論解釋的是宏觀世界,而量子力學是微觀量子領域的科學,按照常識來說,宏觀世界是由微觀量子世界組成的,而微觀量子世界被包含於宏觀世界,兩者應該是相輔相成、融會貫通的,但令人奇怪的,解釋宏觀世界的相對論卻無法解釋微觀量子世界,而微觀量子世界的很多現象在宏觀世界中根本就找不到類似現象,甚至連邏輯上都解釋不通,兩種理論根本無法融合,這究竟是怎麼回事呢?
  • 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。
  • 愛因斯坦相對論錯了?超弦理論又是什麼
    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。
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    糾纏的粒子有驚人的特性,所以它被量子力學拒之門外。這些特性無法被廣義上的量子力學描述,所以一般認為這些特性還不是量子力學的一部分。量子力學不主張非慣性系下的第二宇宙速度,很難用經典理論和量子理論解釋成薛丁格方程,超弦理論和弦論尚未形成其自洽體系量子力學本身有一些體系設定是與經典力學有衝突的。
  • 超弦理論的最科學解讀
    超弦理論的誕生19世紀末物理學界誕生了兩大重要理論,一是愛因斯坦提出的相對論,二是量子力學的建立。量子力學描述的是微觀世界的現象和規律,在量子力學中的萬有引力小到完全可以忽略。廣義相對論涉及到宏觀大尺度的物體運動包括了空間的扭曲產生了「引力」這種現象。
  • 三分鐘看懂「超弦理論」,萬物的本質只是振動的能量而已
    在超弦理論還沒被提出之前,物理學界誕生了兩大重要的理論,一是愛因斯坦提出的相對論,二是量子力學的建立,雖然兩者當時並未被證實,但兩者的理論在各自領域對說明很多物理問題都取得了成效,看似雙方都正確的情況下卻出現了一點小問題。
  • 讀懂「超弦理論」,探秘宇宙真相!
    其結合了五種超弦理論和十一維空間的超引力理論。超弦理論的誕生19世紀末物理學界誕生了兩大重要理論,一是愛因斯坦提出的相對論,二是量子力學的建立。兩者在各自領域對解說很多物理問題方面取得了很好的成效。量子力學描述的是微觀世界的現象和規律,在量子力學中的萬有引力小到完全可以忽略。
  • 弦理論真的能統一廣義相對論和量子力學嗎?
    在愛因斯坦撰寫的《相對論的意義》(The Meaning of Relativity)重印版本的前言中,弦理論物理學家布賴恩格林寫道,超弦理論成功地結合了廣義相對論和量子力學。除此之外,它也有能力平等的包含電磁力、弱相互作用力和強相互作用力。
  • 為什麼量子力學和相對論有矛盾?超弦理論或將統一物理學
    相對論和量子力學都可以說是人類智慧的結晶,它們都經過了最嚴格的實驗驗證,都是當前最成功的理論。 但是量子力學和相對論卻有著難以調和的矛盾,愛因斯坦晚年為了解決這個矛盾曾一度致力於勾畫大統一理論,然而事違人願,愛因斯坦直到去世都沒有解決這個問題。大家知道,牛頓力學在宏觀低速的世界裡很適用。
  • 量子力學和相對論的百年矛盾!超弦理論能否使其化幹戈為玉帛?
    牛頓力學不能解釋的微觀世界託付給了量子力學,牛頓力學不能解釋的高速世界託付給了相對論。牛頓力學雖還能解釋的低速世界,但相對論可以的更詳細。只不過考慮到學習的難易程度,我們在低速宏觀領域依舊選擇了牛頓力學。可以說,量子力學和相對論聯手把牛頓力學的「帝位」給篡了。可是這兩家理論並不是完全兼容的。
  • 量子力學和相對論之間究竟存在著什麼樣的關係?
    ),主要解釋了時空及引力只是時空扭曲的表現,也正是因為廣義相對論中愛因斯坦關於時空、引力的解釋,與量子力學的時空觀截然不同。,所以愛因斯坦對量子力學的代表人物玻爾展開了一場物理學界的世紀大辯論,愛因斯坦嘗試用絕對論推翻量子力學中的不確定性原理,愛因斯坦晚年也一直致力於研究一種大統一場理論來統一宏觀與微觀世界,但可惜沒有成功。
  • 引力是超弦的一種振動模式?
    牛頓認為它是兩個有質量的物體之間的吸引,愛因斯坦的廣義相對論認為它是一種時空彎曲,量子力學則認為它是由一種被稱為引力子的粒子在不同物質之間的交換產生的。廣義相對論是對的,量子力學也是對的,這兩套理論在引力問題上的矛盾在告訴我們,引力是什麼,我們確實還沒有真正弄清楚。
  • 誰來終結「相對論」和「量子力學」之間的對抗?讓弦論來試一試
    但是開爾文話鋒一轉,對二十世紀物理學的發展方向進行了展望,在經典物理學天空之上還存在著兩朵烏雲,這兩朵烏雲分別是「邁克耳遜-莫雷實驗打破了牛頓的以太說」和」黑體輻射實驗結果與理論的不一致「,這兩朵烏雲發展出了二十世紀物理學的兩大支柱相對論和量子力學。
  • 超弦理論VS量子力學,物質到底存在嗎?科學家:可能都是假象
    這是一個很有爭議的問題,這也就牽扯出來了量子力學和超弦理論。最常見的觀點就是樸素唯物主義,他們認為這個世界大到無窮大,小到無窮小,再小的物質都可以繼續細分,所以宇宙可以是無窮小的。原子由原子核和電子構成,原子核又可以分成中子和質子,中子和質子之間是真空,它們又全是由夸克構成,夸克也應該繼續細分下去,其實這種觀點也是普通人贊同的。
  • 黑洞中的奇點,用相對論和量子力學都無法解釋,它真的存在嗎?
    所以屬於宏觀世界廣義相對論的範疇。但是它的體積又非常小,所以又屬於微觀世界量子力學的範疇。所以說奇點是相對論和量子力學同時作用於一個物體的一種現象,而相對論和量子力學兩者本身又是矛盾的。奇點假想既然你解釋不了,換我試試唄,遇事不決量子力學嘛,量子力學可以解釋奇點嗎?
  • 量子力學遇上廣義相對論 「墨子號」求解世紀謎題
    物理學家的「終極夢想」描述微觀世界的量子力學和闡釋引力場的廣義相對論,是現代物理學的兩大支柱,它們在各自領域取得了巨大成功。然而,這兩大理論似乎天生是對「冤家」,無論科學家們如何努力使其融會貫通,始終不能「友好和平共處」:很多在廣義相對論框架下適用的物理規則,在量子領域就不再適用。廣義相對論和量子力學能否合二為一?
  • 網友問:量子力學和相對論格格不入,是宇宙有兩套物理法則嗎?
    科學家永遠相信,同一初始條件下進行的科學實驗,得到的結果肯定是遵循同一套物理規律的,就算量子力學中存在不確定性原理,這種不確定都可以用同一個波函數描述。量子力學和相對論,作為當今物理學的兩大基礎理論,兩者確實存在本質的差異,比如量子力學的世界是離散的,而相對論的世界是連續的;但也絕非題目說的「格格不入」,其實兩者在絕大部分場合中,都是相輔相成的。
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    電和磁的統一(發現無形的領域),與放射性(新發光的能量)的存在,與相對論(時間膨脹、長度收縮,時空的扭曲),和量子力學(其激進的關於因果關係和影響觀察者的角色在測量),物理學是宇宙取代有序發條不可思議的方式。
  • 「超弦理論」講了個啥?通俗版! 獨家首發!
    弦理論重新定義了人們對物質的認識曾幾何時,人們都有這樣的困惑,物質是可以無限細分的,那麼細分過程到底有沒有盡頭?是可以一直沒完沒了的細分下去 還是細分到最後 使得一切都沒有了?弦理論的發展 否定了 目前所認為的構成物質的基本粒子(電子,光子 夸克等)。 弦理論認為這些基本粒子壓根就不是實在的,只是弦震動的現象。