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诡异的宇宙之从相对论到量子力学...

2015-06-25  激扬文字

诡异的宇宙之从相对论到量子力学

最近再看《宇宙的结构》,重新再去审视宇宙的结构,这本书我认为写的真的比《时间简史》好,可以从人文的角度去审视人类对宇宙的认识,我们会发现其实宇宙本身是相当诡异的,一切都是反直觉的,从反直觉的角度我来重新聊聊这些事。

诡异的光速观测问题:根据人的天然反应,如果一个火车的速度是340km/h,而你以1km/h的平均速度追着火车跑,那么火车相对你的速度就应该是339km/h,但是对于光速来说就不是这样了,很奇怪的是,无论你跑多快,你观测到的光速永远是C(C≈300000km/s),更加诡异的是任何人任何方向角度观察光都是C,这完全违反人类直觉,违反牛顿定律。

所以爱因斯坦给了一个逆天的答案—狭义相对论,我初中第一次看到的时候觉得这太神奇了,简直是非常好的科幻小说素材了,而事实上,这也确实是科幻小说的很好的素材,已经被广泛应用到科幻作品中。根据狭义相对论的解释,因为空间与时间的合方向永远等于光速,所以当你运动的时候,你原本停滞的空间变了,所以你的时间速度会减慢,所以你无论多快的奔跑永远只会看到光以光速奔跑不会减慢,因为光是不占有空间的,并且由于你的空间与时间的合速度永远等于光速,所以你的速度永远超不过光速,以上就是狭义相对论的主要内容,空间与时间的置换,相当诡异并且科幻,反直觉。但是原子钟证明确实是这样的,我们真实的生活在一个空间与时间可以置换的世界里面,牛顿的绝对空间被摧毁了。

诡异的引力问题:那么接下来问题又来了,牛顿引力怎么解释?狭义相对论只管解释空间与时间,但是引力、加速,这些怎么去融合?如果没有绝对空间,那狭义相对论如何判断一个物体是否是加速的?

爱因斯坦再次拿出了一个逆天的答案—广义相对论,通过时间与空间的曲率来判断引力,并且彻底推翻了牛顿,或者说牛顿定律只在一种理想情况下适用。在广义相对论里面,时间与空间可以假象成一个大饼,你把一个小球放在上面,这个大饼就褶皱了,OK,那么你再放一个小球在上面,那么这个大饼的褶皱就由发生了改变,而我们的世界就是这样,这张大饼变成了三维的,全方位的时间与空间,褶皱被称为蜷曲,而这种蜷曲的路劲就是引力。

诡异的量子纠缠:量子纠缠就是说一个粒子和另一个粒子相隔无论多远都会彼此影响,这就又一次逆天了,这完全与相对论在微观世界无法调和。两个粒子无论多远都可以互相瞬间影响,这太奇怪了,所以当科学家推算宇宙具体年龄让相对论和量子力学试图结合时会出现错误结果。在某种哲学层面上来说,量子纠缠也并不奇怪,因为宇宙大爆炸之前一切都是在一起的,但这确实违反我们直觉。

诡异的测不准:海森堡测不准原理很有名,在微观世界中当你测量某个粒子的具体位置时就会影响其他结果比如速度,而当你测量速度时又会影响到位置,所以根据量子力学的哲学,这个世界都是概率,一切都是测不准的,比如我们今天看到月亮是因为看到月亮的概率很大很大大到可以不用考虑月亮会爆炸这一概率,这直接把经过世世代代努力终于把宇宙未知都在确定起来的现代人,再次打回到大为休谟的那个充满怀疑论的世界,似乎你想确定一切注定要无功而返,都只是你的经验而已......测不准原理也是非常科幻的,就像某个造物者创造的游戏,他们把真正的游戏规则隐藏在幕后,就是永远不让你们这些凡人发现,不让你跳出来看到这个世界,就要逗你玩......同时,这个世界又都是由概率构成,好像造物者的心中对于能不能建成这个世界也没个谱,他就好像在说“我投把骰子,你们自己去玩吧”。

爱因斯坦晚年对量子力学是咬牙切齿的,他一定也是非常痛恨大为休谟这种人,在他心中其实和牛顿一样构想着一个完美的确定性的世界,可以从现在推导出过去,但是量子力学的实验证明又不容反驳,所以爱因斯坦的晚年都在致力于攻击量子力学,认为这只是一个不完美理论的短暂替代品,而我们要找到真正完美的理论,必须抛弃量子力学。爱因斯坦的行为让我联想到了《维特根斯坦》电影结尾的一段话,让人感慨天才们想要寻找的理想世界总是不尽相同。

“曾经有个年轻人,他想把世界简化到纯粹的逻辑里。因为他非常聪明,也确实做到了。他在完成时,回首看着、欣赏着。一个非常美丽,摒除了不完美和不确定的新世界,象闪耀的冰面无边无际的延伸到天边。那个聪明的年轻人环视他所创造的世界,决定探索它。可是当他向前迈出第一步,立即摔倒了。你看,他忘了摩擦力。冰面平坦光滑,洁净无瑕,但是人无法在上面行走。聪明的年轻人坐在那里不禁流下心碎的眼泪。

当他成长为一个智慧的老人时,他开始理解粗糙和混沌并不是缺陷,世界就是因此而运转。他想奔跑舞蹈,顿时语言失去光泽,模糊不清;世界支离破碎,散落一地。智慧的老人知道这就是事物的本来面目。但在他的内心依然怀念着那纯净的世界,那里的一切闪耀着纯粹的光芒。虽然他甚至已经日渐喜欢那坑坑洼洼的地面,但无法让自己在那里安顿下来。现在他在地面和冰面之间徘徊,哪里都不是他的归宿。这是他所有悲痛的来由。”

最近在思考世界的反直觉性,尽量简化知识理论,下期我再聊聊时间的问题。

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