人類文明能有現在的成就,能夠走出地球探索宇宙,能夠不斷揭開這個世界的奧秘,依靠的是不斷進步的科技。自從人類數百年前走進科技發展的時代之後,人類文明也迎來了飛速發展時期,而不斷出現的科學理論是促進人類文明快速前進的保障。
人類在數百年的科學發展歷程中,出現了很多的科學理論,大部分的科學理論還在人們的理解範圍之內,能夠讓人們接觸。可是有四個已經被證實的科學理論卻不是,它們每一個都讓人們難以接受,完全顛覆了人們的認知。下面我們就一起去看看這四個科學理論到底有何奇特之處。
一,量子力學中的疊加態,對於量子力學,相信現在的很多人們都聽說過。而量子力學也是21世紀最偉大的科學研究項目,量子力學主要是研究微觀領域的奧秘,通過微觀領域的研究來揭密這個世界的本質。而量子力學中有很多的研究都是讓人們難以接受的,顛覆人們的認知,疊加態就是其中之一。
疊加態,或稱疊加狀態,是指一個量子系統的幾個量子態歸一化線性組合後得到的狀態。簡單的的理解就是在宏觀世界中本來不可能同在存在的兩個事件在量子世界就有可能同時存在,比如生和死。
如果我們把一隻貓關進一個密閉的盒子,用槍對盒子射擊,這支槍的扳機是由原子衰變扣動的,那麼我們便無法知道這隻貓究竟是死還是活,因為原子的是否衰變是一個隨機事件。在量子力學中,我們便把這隻貓所處的狀態稱為死與活的疊加狀態。
如果是在宏觀世界中,貓的狀態只可能有一種,要麼活著要麼死亡,不可能兩者共存。在我們的常識中,上和下,左和右,生和死等都是相互排斥的事物。任何事物都有兩面性,傳統力學世界中,事物的兩面性不可能同時存在,在同一個時間和空間只能呈現一種狀態,比如你活著不可能說你死亡了。可是在量子力學中,疊加態可以允許相反的事物同時存在,你活著的狀態和死亡的狀態同時存在。
可能很多人覺得,這不是十分荒誕嗎?怎麼可能會有這樣的事情存在?但是科學家通過量子力學試驗證明了疊加態理論的正確性。比較著名的實驗就是我們高中時候就做過的雙縫幹涉實驗。當我們進行單個電子的雙縫幹涉實驗時,兩條狹縫上都留下了這個電子幹涉過的條紋。一旦我們用專門的儀器觀察電子進行,幹涉條紋便消失了。對此的解釋是這樣的:當我們不進行觀察時,電子具有波動性,因此能彌散開來,留下條紋;一旦我們展開觀察,就有一個光子撞擊了這個電子,這個電子便具有了確定的位置,呈現出粒子性,直線傳播而無法幹涉這兩條狹縫。在不觀察時,由於電子沒有確定的位置,電子便是在各種位置的疊加狀態,而人的觀察使得這個電子退出了疊加狀態。
這個試驗向人們展示了一個匪夷所思的結論:我們的這個世界事物都是隨機產生的,在沒有被我們觀察的時候,它們都處於隨機狀態,只有在被觀測的時候才表現出一定的規律,比如我們沒有抬頭看月亮的時候,月亮可以在任何位置,它也可以不存在。只有當我們抬頭觀測月亮的時候,它才會出現固定的位置。疊加態看上去非常荒誕,但它卻是量子力學中被證實的科學理論,很多人對此難以接受和理解。
二、隧穿效應,量子力學中還有一個顛覆人們認知的隧穿效應。量子隧穿效應指的是,像電子等微觀粒子能夠穿入或穿越位勢壘的量子行為,儘管位勢壘的高度大於粒子的總能量。在經典力學裡,這是不可能發生的,但使用量子力學理論卻可以給出合理解釋。
我們舉一個例子來說明,比如,我們都知道粒子是有一定的概率可以穿牆而過的,而宏觀事物是由基本粒子構成的,比如一個人也是由基本粒子構成,理論上來講,一個人也是有一定概率可以穿牆而過。
可是這樣的事情在現實世界你見過嗎?當然沒有見過,穿牆而過的情景只出現在一些科幻小說作品中或者虛構影視作品中。現實世界是無法實現的,可是用量子力學的隧穿效應卻告訴我們,人也是有一定概率可以穿牆而過,只不過這個概率極小,小到可以忽略不計的程度。
有人通過建立定態的薛丁格方程估算出一個人穿牆而過的概率為10^-100數量級,可能很多人對於這個數字沒有直觀的認知。我們用更簡單的道理來說明,如果你每秒撞牆一次,等宇宙毀滅了數億億次,你才有可能成功穿牆而過一次,這個概率小到接近零,但是這個非零概率卻真實存在。
三、宇宙大爆炸理論,如果要問宇宙中最神秘的奧秘是什麼?相信很多人都會說是宇宙的起源之謎。沒錯,科學家都想搞明白宇宙是如何誕生的?而現代科學對於宇宙的起源稱之為宇宙大爆炸理論,猜測在138億年前,一個質量無限大,體積無限小的奇點發生了大爆炸從而誕生了宇宙。
宇宙是由一個幾乎沒有體積的點發生大爆炸之後不斷膨脹而來的?這樣的事情完全顛覆了人們的認知,很多人們都懷疑宇宙大爆炸的真實性,都不願意相信如此浩瀚廣闊的宇宙是由一個神秘的奇點大爆炸而來。但是宇宙大爆炸理論,卻得到了眾多證據的支持,比如宇宙微波背景輻射、哈勃紅移、宇宙各向同性、宇宙元素豐度等等。
雖然對於宇宙的起源還有很多未解之謎,但是目前的宇宙大爆炸理論卻是解釋宇宙誕生和演化的最佳理論,我們現在對於宇宙的一切研究和探索都是基於宇宙大爆炸理論而進行的,如果未來科學家發現宇宙的起源還有其它的理論,現有的一切宇宙研究理論有可能都將翻倒重來。
四、光速限制理論,在人們的常識中,一個物體的速度是可以沒有限制的不斷加速,而人類也正是在科技的幫助下,實現了一個個速度的突破才能夠走遍地球的每一個角落,才能夠走出地球。可是科學的發展卻給速度加了一道枷鎖,即光速限制論。
根據愛因斯坦相對論,任何有質量的物體速度只能無限接近光速,而不能達到甚至超過。光子的速度之所以能夠達到光速,是因為光子沒有質量。雖然光速限制理論讓人們難以接受,但是它已經被眾多實驗所證實,比如無論我們製造多麼強大的加速器,能把質子加速到光速的99.99999%,甚至在小數點後多加幾個9,也不可能把質子加速到光速。
光速限制理論的證實讓很多人們對於人類的未來充滿擔憂,要知道人類未來之路必然是在宇宙,可如果飛船的速度只能無限接近光速,面對浩瀚的宇宙我們能夠探索到達的範圍非常有限。比如銀河系的直徑達20萬光年,以光速飛行還需要20萬年才能穿越,光速限制理論也就意味著人類有可能永遠也無法走出銀河系。
而宇宙還在以超光速向外膨脹,星系之間不斷遠離,未來有可能我們將觀測不到任何的星系和天體。光速限制理論會限制人類的未來,那麼光速真的無法到達或突破嗎?科學家當然不信這個邪,雖然通過無數次的實驗已經證實有質量的物體速度卻是只能無限接近光速,但是科學家還是在不斷進行研究,期望通過另外的道路來突破光速的限制,實現未來人類的星際航行之夢。
以上四個已經被證實的科學理論,每一個都超出人們的認知,雖然一時讓人們難以接受,但是它們在目前人類的科學體系裡是正確的。當然科技是不斷向前發展的,現在正確的科學理論在未來有可能未必就是正確的,而人類能夠不斷創造奇蹟,不斷向前發展,正是靠著不斷打破常規,打破原來認為不可能的事情實現的。
隨著人類科技的快速發展,未來會有更多不可思議的科學理論出現,同時也會有更多的科學理論被人們接受和理解,只有科學的不斷更新和前進,人類文明才能不斷進步並最終站在宇宙文明的金字塔頂端,成為宇宙的霸主。