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时间和空间在正确100年后,第三者终于出现了,一切都将被推翻

2019-04-11  锋利投资

在时间和空间正确一百年后的今天,如今似乎它们又要闹分手了,到底发生了什么,作为我们普通人对于这些高大上的物理宇宙科学,一直抱着看戏心态,今天小编给大家讲讲它们相爱相杀的故事。

牛顿发现了万有引力,这个作为金典物理力学,一直被奉为人类打开宇宙大门的敲门砖,在牛顿力学中时间就是时间,空间就是空间,两者是不统一的,时间和空间被用来描述物体运动,但它们自己却与运动无关,就好比演戏离不开舞台,但演什么戏、演得如何却跟舞台无关一样。

直到爱因斯坦的相对论问世,因为100年前,爱因斯坦在研究过程中,发现万有引力虽然可以阐述一些宇宙现象,但是有些问题无法解释,于是在他一手撮合下,时间和空间结合了,在相对论中,时间和空间不再独立,而是紧密联系在一起,组成了4维的时空,其中空间3维,时间1维。时间流逝的快慢和空间的长度也不再超然独立于运动之外。运动的物体,长度会缩短,时间会变慢。而在广义相对论里,连自然界中最基本的力——引力,也解释成了空间的弯曲(比如虫洞就是在时空弯曲折叠下产生的)。

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原本故事到这里应该结束了,因为在余后时间里,爱因斯坦成功上位,将牛顿打翻在地,不过时间过去了100年,到了今日,量子力学出现了,在量子力学里,牛顿的那一套老的时空观还依然保留着。也就是说,在量子力学里,时间和空间彼此独立,它们只为物质运动提供舞台……这样一来,我们可以想像,相对论和量子力学在很多根本性的问题上就对立了。好在应用上它们井水不犯河水,相对论主要应用于接近光速的高速运动粒子以及大尺度空间结构的天体、宇宙等等(宏观物质世界),而量子力学则主要应用于微观的粒子(微观世界)。

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而最一开始,相对论和量子力学还算相安无事,毕竟在高速量子力学中,相对论理论和量子力学还是相辅相成的,可是不久矛盾出现了,按照相对论量子力学的思想,各种基本作用力都可以解释为传播力的粒子的交换。比如说,电磁力是通过电荷之间交换光子来实现的,好比两个人相互抛递一个球,借此发生相互作用一样。核力也被解释为夸克(复合粒子,叫强子,强子中最稳定的是质子和中子,它们是构成原子核的单元)之间传递一种叫做“胶子”(又称呼为上帝粒子,它是目前为止所有粒子组成的粘合剂,如果没有它的存在,原子之间无法结合在一起)的基本粒子所产生的。可是,当物理学家按同一思路,把引力解释成物质之间传递一种叫做“引力子”的粒子时,却遇到了前所未有的困难,计算中不时出现无穷大!——这在物理学上是一个理论失败的标志。

好了故事到这里,并没有结束,因为物理学家在经过一番努力后,无论如何也无法将相对论和量子力学融合在一起,这下子让众人有些抓狂,于是牛顿又笑了,那么问题到底是出现在哪里呢,原来是相对论认为自然界中不存在“超距作用”,任何作用的传播都需要时间,而且传播速度不能超过光速,但实验上却发现,一种叫做“量子纠缠”的现象似乎就是一种超距作用(也就是说量子可以做到瞬间传送,可以无视时间和空间)。

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比如一个粒子跑到银河系中心,另一个留在地球上,在如此遥远的距离下,它们仍然有某种关联。当其中的一个被操作(比如对它测量)而状态发生变化时,在银河系中心的另一个也会即刻发生变化,尽管它们可能相距好几万光年。而按相对论的看法,两个粒子要相互影响,至少也要几万年时间对方才有反应。

超距作用的出现,对爱因斯坦的理论很不利,于是美国物理学家彼得·霍扎瓦提出一个大胆的理论,认为要想建立满意的量子引力理论,人们应该放弃爱因斯坦的时空观,而回到牛顿旧有的时空观上来,这下牛顿泉下有知,一定会笑出声音。

通过这一思路,霍扎瓦修改了爱因斯坦的引力方程,得出了大家梦寐以求的量子引力理论,而且计算中不会出现无穷大,然而事情到这里还没有结束,反而引来了更大的麻烦,比如物理学家曾经很头疼宇宙开端的奇点,体积无穷小,而质量却又无穷大,就变得十分古怪。

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而当把霍扎瓦的引力理论用于研究宇宙大爆炸时,人们发现,宇宙并不会出现奇点,宇宙收缩到一定程度后,又会反弹膨胀起来。这下连宇宙大爆炸理论都开始被动摇了,这意味着我们之前研究宇宙科学理论出现了前所未有改变,这可会让很多人吐血的。

好了故事到这里结束了,不过时间和空间最终是不是会离婚,现在还没有答案,不过在量子学出现后,我们以前所认知事物是一定会发生变化的,我们拭目以待吧。

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