他比朗道更聰明,研究量子引力早於愛因斯坦,三十歲死於政治鬥爭

2020-12-04 天文同好樂園

你一定聽說過,當代理論物理學的前沿就是尋找一個能描述宇宙、解釋宇宙中一切謎團的「萬物之理」。如果用物理學的語言來簡單解釋,「萬物之理」就是對時間、空間以及宇宙中所有物質和力最深入、最簡潔的數學描述。我們的宇宙就猶如一個洋蔥,而要理解宇宙、解釋宇宙中的所有謎團,就需要將這個洋蔥一層一層剝開,弄清這個洋蔥最內部的最小尺度空間、時間、物質粒子和最基本的力。

可能有的朋友要說了,假如宇宙這個「洋蔥」有無窮多層怎麼辦?也許萬物之理根本就不存在呢?這個問題其實不必討論,因為在物理學上,「無窮」是一個毫無意義的概念,任何涉及到「無窮」的理論,必定會被物理學家拋棄。比如說,廣義相對論和量子力學是當代物理學的兩大支柱,廣義相對論可以精確地描述宏觀的宇宙,量子力學可以精確地描述微觀的粒子世界,但是一旦碰上黑洞「奇點」問題和大爆炸的「奇點」問題,單獨使用理論的兩者之一都不行,而將兩者結合使用,則一定會出現「無窮大」問題,正是這一點困擾著現在的物理學家。

其實歸納起來,所謂的「萬物之理」其實就是指一種新的量子引力理論,它是將廣義相對論與量子力學融合在一起的新理論。當代最有希望成為量子引力理論的理論有兩個,一個是弦理論或M理論,另一個則是圈量子引力理論。前者起步於上世紀60年代,後者稍晚,但其實對量子引力的研究還可以追溯到更早的時候,比如,愛因斯坦生命中最後的30年就一直在尋找統一的量子引力理論。不能不提的是,凡是涉及到量子引力,就會涉及到空間的最小區域,而用以描述空間最小區域的物理單位是「普朗克長度」,而它本應該叫「布朗斯基長度」。

那麼,布朗斯基是誰呢?他的全名叫馬特維·布朗斯基,是前蘇聯的一位物理學家,和列夫·朗道是朋友。朗道可以算是蘇聯最優秀、最傑出的理論物理學家,布朗斯基比朗道年輕幾歲,但凡認識他倆的同行都會說,布朗斯基比朗道更聰明。舉例來說,在海森堡和狄拉克建立量子力學的基礎時,朗道錯誤地認為由於量子的不確定性,量子場的定義是不完善的,因為量子漲落會妨礙我們測量空間中某一點(任意小的區域)場的大小。但玻爾不認同朗道的觀點,並寫了一篇長文反駁,朗道隨後放棄了對這個問題的爭論。

但朗道的朋友布朗斯基對此很感興趣,它意識到朗道的觀點雖然不夠準確,但並不完全錯誤,直覺告訴他朗道的觀點中包含著一些很重要的東西。布朗斯基重推了玻爾的推理,並將它應用到了引力場,得出一個令人吃驚的結論:當把考慮量子效應時,在某一點的引力場的定義是不完善的。朗道是對的!而此時,愛因斯坦在幾年前才剛剛寫出了他的引力場方程。這真的很令人驚嘆,布朗斯基比狄拉克、愛因斯坦和約翰·惠勒更早地開創了對量子引力的研究。

布朗斯基隨後用數學的方法加以認證,他發現,將量子力學與廣義相對論結合在一起時,空間的分割是有極限的,在這一極限尺度下,沒有東西能夠進入,更準確地說,那裡什麼都不存在。這就是空間的最小區域,現在用「普朗克長度」(Lp)表示,而它本應該用「布朗斯基長度」表示,因為是布朗斯基最早發現了它。這個長度大約等於10^-33釐米,小到無法形容,量子引力正是在這個極其微小的尺度上猜會出現,在這個尺度上,空間和時間的特性發生了改變,成為了「量子空間」和「量子時間」。

布朗斯基沒能再為量子引力理論做更大的貢獻,因為他的英年早逝。布朗斯基和朗道都是忠實的共產主義者,也是列寧的忠實追隨者,在史達林掌權後,他們都感到茫然,進而寫了一些公開批判史達林的文章,就在布朗斯基領悟到現有時空觀念必須徹底改變的第二年,布朗斯基被逮捕並被判處死刑,而朗道最終艱難地活了下來。但布朗斯基這位量子引力先驅,於1938年2月18日被執行死刑,年僅30歲!

相關焦點

  • 阿爾伯特·愛因斯坦--二十世紀最偉大的科學家光與引力的破壁人
    提到天才,人們總會第一個想到愛因斯坦,他的智商究竟有多高一直是大家津津樂道的話題。這位公認的天才物理學家為我們的世界帶來了巨大的改變,其中最為著名的就是他的質能方程式,正是這個方程揭示了核能的巨大威力,推動了原子彈的研究,為如今很多前沿科學的發展貢獻了理論基礎。
  • 愛因斯坦相對論與量子力學的結合取決於引力
    愛因斯坦通過應力-能量張量告訴我們,物質是引力的來源。但是在量子學理論中,這種應力-能量張量不是由數字組成,而是由所謂的非交換算子組成。這是否意味著引力場也必須用量子理論來描述?或許事實就是這樣……但是,還沒有人成功。 目前為止我們還沒有可行的引力量子理論。
  • 尼古拉·特斯拉的《引力的動態理論》直接說愛因斯坦理論是錯誤的
    直到手機的發明,他的預言才得到證實。而且他還曾預言太陽系是被製造出來的,而且他認為太陽系有防護罩。雖然他一生致力不斷研究,並取得約1000項專利發明,但這並沒有使他腰纏萬貫,特斯拉長年經濟拮据。1943年1月7日,特斯拉在紐約旅館死於心臟衰竭,享年86歲。不過在他死後,人們對他的各種成果才慢慢的開始研究,他的許多科研成果都被美國政府列入絕密檔案。
  • 愛因斯坦荒廢的這30年人生,對人類造成的損失無可估量
    但也有人感到好奇:愛因斯坦留下的許多成就早在1920年以前就已經完成了,但其後愛因斯坦並沒有繼續發表新的研究,那麼此時的愛因斯坦究竟在幹什麼呢? 可惜的是,直到30年代後,愛因斯坦也沒能成功,而當時已經有越來越多的科學家轉向研究量子力學,統一引力和電磁力的研究開始逐漸衰弱。
  • 量子+引力=?
    試圖統一廣義相對論和量子場論的理論被稱為量子引力理論。另一個越來越受到關注的理論被稱為圈量子引力,它更關心的是時空本身的量子特性,而非存在於時空中的物質。在圈量子引力中,廣義相對論的光滑背景被賦予量子屬性的節點和連接所取代。
  • 量子 + 引力 = ?
    愛因斯坦的廣義相對論是現代物理學的另一大支柱,它告訴我們引力是時空彎曲的結果。它不僅成功地解釋了牛頓引力理論無法解釋的難題,還做出了許多令人驚嘆的預言,比如遙遠星光在經過太陽時會發生偏折,又比如宇宙中存在著匪夷所思的奇異天體——黑洞。
  • 量子+ 引力 = ?
    愛因斯坦的廣義相對論是現代物理學的另一大支柱,它告訴我們引力是時空彎曲的結果。  愛因斯坦的廣義相對論發表於1915年,量子場論則完成於1970年代。量子場論(比如量子電動力學)主宰著微觀世界的粒子行為,廣義相對論則支配著宏觀的宇宙,它們各司其職,良好地描述著這個宇宙的運作方式。
  • 【名家說第38期】愛因斯坦的量子理論
    大戰期間,愛因斯坦仍然沒有間斷他的科學研究。1915年到1917年這3年是愛因斯坦第二個科學創造高峰期。1916年除完成了廣義相對論外,還發表論文《關於輻射的量子理論》,在玻爾的量子躍遷概念的基礎上,進一步發展了光量子理論,提出了自發輻射和受激輻射這兩種輻射形式和躍遷概率的概念,奠定了雷射的理論基礎。1917年他用廣義相對論的結果研究宇宙的結構,開創了現代宇宙學。
  • 引力的本質是什麼?愛因斯坦和牛頓誰更正確?
    但是引力的本質真的和牛頓的觀點一樣嗎?另外一位偉大的科學家提出了不同的觀點,他就是愛因斯坦。愛因斯坦針對引力的存在提出了不同的觀點,他認為引力和傳統認知中的力不一樣,並不是一種物質運動產生力,而是「時空彎曲」。
  • 粒子、量子、引力、弦,怎麼回事?
    粒子、量子、引力、超弦,都是怎麼回事?說到高能粒子對撞擊,說到了標準模型都被驗證的差不多了,還有什麼搞頭呢?楊振寧說了,高能物理對撞機已經過氣了,需要研究別的了。那麼大概是個什麼回事呢?量子物理與高能物理啥關係?愛因斯坦與這些有關係嗎?相對論難道不需要對撞擊嗎?楊老說的數學之美要幹什麼呢?
  • 他一生坎坷,卻以量子物理參透萬物,終與愛因斯坦齊名!(下)
    為開闢探索微觀物質運動規律新途徑提供了重要的基礎,現在量子理論已成為現代理論和實驗的不可缺少的基本理論,自20世紀20年代以來,普朗克成了德國科學界的中心人物,和愛因斯坦並稱為20世紀最重要的兩位物理學家,他的量子理論物理學的飛躍作出了重要的貢獻,基於這樣的成就,1918年他被授予諾貝爾物理學獎
  • 將引力與量子力學統一,連愛因斯坦都沒有...
    將引力與量子力學統一,連愛因斯坦都沒有做到  Frieza77 • 2018-08-21 11:25:55 來源:前瞻網
  • 什麼是量子引力理論?
    但粒子物理標準模型卻無法描述引力,引力一直無法被統一起來。目前描述引力最為精確的理論是愛因斯坦創立的廣義相對論,這個理論已經得到了包括引力波在內的等諸多宇宙現象的支持。目前,物理學家所要做的是就是要把四種基本力結合在一起,創立一種能夠描述一切的大統一模型。量子引力理論就是這樣一種理論,它想要把廣義相對論量子化,進而統一包括引力在內的四種基本力。
  • 愛因斯坦可能錯了
    在愛因斯坦的相對論中,時間與三維空間交織在一起,形成了彎曲的三維時空連續體,這是一個包括過去,現在和未來的宇宙「塊」。他寫道:「空間可以彎曲成不同的形狀。」愛因斯坦的相對論認為,空間可以彎曲成不同的形狀愛因斯坦的方程式生動地描述了宇宙中的一切,宇宙的最初條件決定了一切。絕對沒有意外發生。
  • 是非凡大腦讓愛因斯坦成為物理學家,還是物理改變了他的大腦?
    根據愛因斯坦的遺囑,研究員不可能獲得愛因斯坦的大腦,因為遺言要求屍體火化,把骨灰散落在秘密的地方。然而,後人並沒有按照愛因斯坦的遺言來處理他的身體。1955年4月18日凌晨1點15分,愛因斯坦在新澤西州普林斯頓大學醫院去世,享年76歲。當時,託馬斯·哈維是普林斯頓大學病理學主任。他和愛因斯坦只有一次相識,但他成了愛因斯坦的驗屍醫生。
  • 引力的本質是什麼?為什麼遲遲不能與量子力學兼容?
    在牛頓20多歲時,由於躲避瘟疫而在家待業,牛頓閒來無事開始思考這種看起來本該如此的自然現象,牛頓最終經過努力發現了萬有引力定律。1687年,牛頓在《自然哲學數學原理》這本著作中詳細描述了萬有引力定律與牛頓三大定律,牛頓給出了引力的理論描述和數學公式,使人們對引力有了較為清晰的認識。
  • 愛因斯坦的數學造詣與他的物理成就是否有必然的關係
    ——《我的信仰》(愛因斯坦)愛因斯坦的小時候數學其實很優秀,並非人們傳言的那麼差事實上愛因斯坦從小就擅長數學和物理,他14歲就已經掌握了微積分。上學時候並沒有傳言中說的他數學非常差,反而是很優秀的,他的數學和物理基本都是從小自學的。
  • 他是愛因斯坦一生最害怕的人,他就是數學之王希爾伯特
    1879年,偉大的麥克斯韋離開了人世,年僅48歲,對於世界來說,他似乎有點來去匆匆,因為這個世界還有更多的未知領域等待他去探索,他的去世確實是人類的一大損失。不過也不要過分擔心,就在他去世的那一年,一個嬰兒呱呱墜地,這就是愛因斯坦,他似乎命中注定來攪亂世界的。
  • 創建了廣義相對論,預言了黑洞的愛因斯坦的經歷到底有多牛?
    早學校期間,愛因斯坦發表「量子論」,提出37歲時完成論文《廣義相對論的基礎》並提出宇宙空間有限無界假說並完成《關於輻射的量子理論》。他57歲開始同英費爾德和霍夫曼合作研究廣義相對論,發表《物理學和實在》、《
  • 愛因斯坦真的有傳說中那麼偉大嗎?他的成就有多重要呢?
    合影1927大家都聽說過愛因斯坦的「奇蹟年」吧,那是1905年,當時26歲的愛因斯坦只是伯爾尼專利局中的一位普通職員,悠閒的工作給了他更多的研究空間,在1905年,愛因斯坦完成了5篇論文,這5篇論文(包含一篇他的博士論文)個個都是諾獎級別或是次諾獎級別的成果,分別是在數學上證明布朗運動,也間接地證明了原子的存在、狹義相對論