愛因斯坦相對論錯了?超弦理論又是什麼

2020-12-02 卡殿講科學

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。還有一種比喻就是有一對雙胞胎兄弟,一個坐上了宇宙飛船,然後在星際間行駛,當他回來之後發現自己並沒有變,可是自己的兄弟卻變老了許多。

人們在學校也大多是這樣獲得相對論的解釋的,一輛在公路上飛馳的汽車,你認為他的速度有多快呢?回答是如果你在同一條路上朝相反的方向行駛,則第一輛汽車是以兩倍於汽車相對於道路的速度離你遠去的,如果你坐在自己汽車裡以同樣的速度與第一輛車並排行駛,那麼第一輛汽車相對於你來說沒有運動,而目前正在進行的有關相對論方面的研究的目的和從微觀和宏觀兩個方面發生的各種進程給予準確解釋,愛因斯坦認為任何物體的運動速度是不可能超過光速的,因為這一方面意味著荒唐,另一方面還意味著必須讓時光倒流。對此有人提出了駁論:

駁論一,在麗娜·豪領導的一批丹麥物理學家與加弗爾大學的同行的共同努力下,成功地使光速降低了近6億倍——每小時1.6千米,他們通過將雷射注入「玻色愛因斯坦凝聚系統」後獲得了這一結果,在這種系統中原子堆幾乎被冷卻到絕對零度程度,在這種情況下的原子反應是不一樣的,原子幾乎是靜止不動的,好像粘合成了一個大原子,在最新通訓技術,信號處理,夜視儀乃至電視中將運用到這種效應,愛因斯坦的理論有些動搖,但暫時還沒有被完全推翻。

駁論二,普林斯頓大學的科學家前不久成功的超越了光速,而且竟然一下子超過了310倍(光速每秒傳播速度約為29.7萬千米),由此看來,相對論遭到了徹底推翻,但參與研究的專家認為愛因斯坦的相對論與超光效應並不矛盾,原因是每一個單獨光子速不可能超過每秒30萬千米,總得來說超光速度不可形成。

除了光速方面的研究,在理論物理學方面也產生了分歧,在相對論提出的時候,物理學還誕生了另一大理論叫做量子力學,二者在各自研究的方面都有很好的解釋,而且適用範圍也很廣,但是二者卻發生了一點小矛盾。簡單來說,量子力學研究的是微觀世界就是原子級的現象和規律,在那個世界裡萬有引力是可以被忽略的。而廣義相對論研究的是宇宙的事情,包括由於空間的扭曲變化產生的引力的現象。當科學家討論到宇宙大爆炸的時候(宇宙大爆炸的奇點和爆炸的瞬間),這一現象既屬於微觀尺度又屬於宏觀尺度,量子力學和廣義相對論的矛盾就出現了,兩者把物理定律搞得一團糟,開始有點自相矛盾。

後來人們就提出了超弦理論,之所以叫做弦理論,是因為它的震動方式就像人類彈的琴弦一樣。超弦理論認為:(1)超弦理論是現在最有希望將自然界的基本粒子和四種相互作用力統一起來的理論;(2)超弦理論認為弦是物質組成的最基本單元,所有的基本粒子如電子、光子、中微子和夸克都是弦的不同振動激發態;(3)超弦理論第一次將二十世紀的兩大基礎理論-廣義相對論和量子力學-結合到一個數學上自冾的框架裡;(4)超弦理論有可能解決一些長期困擾物理學家的世紀難題如黑洞的本質和宇宙的起源。(5)超弦理論的實驗證實將從根本上改變人們對物質結構、空間和時間的認識。

也不是說相對論錯了,只不過物理學的不斷發展變化,各種理論之間都是有聯繫的。超弦理論也只是在量子力學的基礎上的一個發展而已,它還有待完善。就好像萬有引力定律一樣,它對於微觀世界是不適用的,但是它仍然是自然界最基本定律之一。

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