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统一场论与时间概述

2020-07-07  东西二王

在物理学的发展史上,有许多的科学家为了探索世界的真相不断努力,到了现代,有俩种理论最为被人们接受。一种是爱因斯坦的相对论,一种是被无数科学家发展并完善的量子力学。这俩中理论在一定条件下都是正确的,但是世界应该是简洁而明了的,因此一定有一种理论可以包括这俩种理论。了解宇宙的真实样貌。

物理学的发展史

从遥远的古代,人们就开始了对世界的思考,有神明创造万物的唯心主义世界观,也有物质是世界本源的唯物主义理论。但当时由于人们知识的局限性,人们对自然的了解并不多。在错误中不断前进,新的理论代替错误的理论,构成了物理的发展史。公元前384年,亚里士多德诞生在色雷斯斯塔基拉。这位科学家学识吩咐,被称为百科全书一样的哲学家。他的思想一直流传后世。亚里士多德认为力是维持物体运动状态的原因,简单的说就是当物体受到力的时候他才会运动,当他不受力的时候,物体就会慢慢停止运动,这种观念也一直被人们接受。一直到文艺复兴时期。这一时期人们开始反抗长期的宗教思想禁锢,主张思想自由。也涌现了一大批科学家。哥伦布的环球旅行告诉人们地球是圆的,布鲁诺哥白尼提出日心说等等此时意大利科学家对亚里士多德的观点提出质疑。著名的滑梯实验证明力不是维持物体运动的调剂而是改变物体运动的条件。比萨斜塔实验证明物体的下落速度和物体的重量没有关系。可以说他是近代物理实验的奠基人。在文艺复兴的末期,跨时代的科学家艾萨克.牛顿诞生了,他在前人的基础上,完善总结了力学三定律。1,任何一个物体在不受力或者受力平衡的时候,总是保持静止或者匀速永动的状态。2,物体所受的加速度和物体所受的合外力成正比。3,俩个物体之间的作用力和反作用了在同一直线且方向向相反。牛顿提出万有引力定律,任意俩个质点之间的引力和它们的质量乘积成正比,和距离的平方成反比。牛顿用万有引力成功预测哈雷彗星的轨迹。之后牛顿建立经典力学体系几乎所有运动的物体都在这个体系范畴之中。他还和莱布尼兹分别完成微积分理论。当时人们认为物理学的大厦已经建成,剩下的就只有一些边边角角的补缀工作。

然而当时依然有一些理论不能用经典力学解释。1983年,麦克维斯总结电磁学定律提出了麦克维斯方程组。

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这个方程统一电场和磁场。并且预言了电磁波的存在。它认为电磁波都是光速,且光束是不变的,这极度不符合牛顿力学。

还有人们在实验中发现,当物体运动的速度接近光速的时候,它的运动轨迹和经典力学不同。等等人们迫切需要一种理论完善善经典力学。在1887年迈克尔逊和莫雷做的用干涉仪测量光速差的的实验中,他们发现光速在任何参考系中速度都是不变的,即光速不变理论。这极大冲击了经典力学,试人们怀疑以太存在。科学家洛伦兹为了解释这种现象,提出了洛伦兹变换,这也是经典力学的顶峰时刻。

就在人们苦苦探索超高速物质在运动是与经典力学不相符的原因的时候。阿尔伯特.爱因斯坦创造性的提出,时空不是孤立存在的,而是相互统一。速度越快,相对时间就越短。其数学推导公式与洛伦兹变换相同。

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狭义相对论否定以太的存在,认为光子传播不需要任何介质。狭义相对论成功预言了许多现象。1,时间膨胀现象:快速运动的物体,其固有时间比坐标时间小。2,相对论质量与能量的关系与经典力学不同,经过计算可得出 E = mc² 。此理论解释了核反应中巨大的能量来源。3,多普勒效应。

当光源同观察者之间有相对运动时,观察者测到的光波频率和同光源静止时不同。4,尺缩效应:运动杆子的长度空间坐标会缩短。1916年爱因斯坦又发表广义相对论,把引力解释成为空间的扭曲。引力场方程是一个非常复杂的二阶偏微方程。具体形式是

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它也成功预言了一下物理现象。1,黑洞:时空中某些区域发生极度扭曲以至于关系都无法逃逸出。2,引力波:大质量的物体运动是会产生时空涟漪。3,引力透镜:扭曲的时空会使光线发生偏者。

另一方面,量子力学也开始发展起来。最初,普朗克的黑体实验开始。他发现将将黑体吸收或者施放的能量看成一份一份的,即hv可以更好的解释实验结果,普朗克并没有意识到他打开了量子力学的大门,没有更加关注。后来科学家爱因斯坦用光量子理论轻松证明光电效应。此时量子力学才开始发展起来。在汤普森和卢瑟福的努力下建立的原子模型改变了人们对原子的认识。

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波尔首次在原子模型中加入量子概念,他假设电子只能处于一些分立的稳态上,即我们所说的能级E1,E2,E3,等等如果电子要跳到更高能级上,它必须吸收光子。

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后来的量子力学框架越来越完善,德布罗意发现物质波,波是粒子,粒子是波。而后薛定谔在此基础上推导出薛定谔方程。

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为量子力学添上最后一笔。

量子力学与经典物理有很大的不同。第一是全同性。量子只有波色子和费米子俩种,无法区分只有通过频率来判断,但是宏观物体只是近似而不可能相同。第二,在经典力学中,一个运动有确定的速度,那么它的轨迹就是确定的,但是量子的运动轨迹是出于叠加状态的,无法计算确定的轨迹,只可以根据它的概率密度描述量子的轨迹。量子力学也取得了十分重大的成果。科学家发现场论论,电磁场都是物质的一种特殊形式,而光子是由电场和磁场相互鼓荡形成的粒子波。发现了胶子,并且发现强相互作用和弱相互作用,完善原子结构模型,杨振宁的杨-米尔斯方程统一了除电磁力以外其他三中基本力。现在科学家又发现了上帝粒子,希格斯波色子,可以说量子力学是现在科学发展的前沿方向。

相对论和量子力学都在探索世界真相的道路上取得了巨大的成功。爱因斯坦和许多研究量子力学的科学家终其一生都没有统一这四中基本力。

在这里我提出一个假设。在广义相对中,引力被描述成时空的扭曲,是一种几何效应。通常我们见到的引力图片是这样的。

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但是,时空并不是二维的,而是一个四维的时间空间相统一的时空,所以它本应该是这样的。

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那么问题来了,时空可以扭曲,可以运动,那么时空可不可以认为是一种物质呢。波尔在他的能级假说中假设时空是由无数分立的小份组成。我们可以假设时空是由无数等距的小量子组成的。我称它们为时空子。由于并没有否定时空,只是把时空量子化,所以广义相对论公式依然成立。大质量物体会吸收时空子,导致时空子大量想物体聚集,时空子密度增加,与时空扭曲效果相同。

广义相对论的公式这样。

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他的意思是扭曲时空的能量减去普通时空的能量等于空间的能量。那么可以把这个公式改一下。A-B等于C即扭曲时空的时空子密度减去普通时空子密度等于多远的时空子密度。即为能量的某种表现形式。也是量子力学中一直在寻找的引力子。爱因斯坦时空理解成为几何模型,计算方法也是正确的,但是这就无法统一其他的力。

我们再看狭义相对论,只需要满足俩个条件就可以推导出来。1,物体一定速度在运动过程,到达一定距离的时间是一定,符合经典力学。2,光速是不变。我们假设时空子分布是均匀的,而且是以光速运动,由于粒子全同性,不同的时空子对物体是没有影响的,不影响其他物质运动。这样也可以推导出狭义相对论。不仅如此,产生的相对时间差也可以得到解释。在平直时空中,如果一个物体的动能确定,那么它的速度就是确定的。物体运动的客观距离是以人的观察角度确定的,而它的实际距离是相对于时空子决定。速度越大,时空子与物体的相对位移越小,穿过物体的时空子越少,前进的实际距离越短,耗时间越短。

经典力学中能量公式也可以解释。E=FH,假设物体吸收时空子是瞬时,那么它获得的时空子只和他接触到的多余时空子有关,和速度无关。力F就可以描述成单位距离所吸收的时空子。

在量子力学中,科学家假设时空中弥漫着一种场,与物质发生的费米子场相耦合,从而产生质量,但是有哪一种场可以弥漫整个宇宙,可以猜想,所谓的希格斯场就是时空本身。空间本身自然可以弥漫在时空所有角落。而且时空不仅可以和物质的费米子场耦合,还可以自身耦合。在宇宙环境中,电场和磁场是可以稳定存在的,当时空子波动达到一点程度的时候就可以产生电场,快速变化的电场又可以产生磁场,它们互相鼓荡,产生了电磁波。时空子结合的程度更加高时,就可以产生有质量的粒子。既为希格斯波色子。它极度不稳定,容易消散,为了增加稳定行就会互相结合,形成更大物质。

而在电磁波和希格斯波色子之间还有其他一些物质。比如胶子,它的大小介于希格斯波色和电磁场之间。这种微粒没有质量大量存在于原子中,可以改变物质的质量结构。当质子距离它在合适距离的时候,质子吸收的胶子大于施放的胶子。当小于一定距离的时候,质子的质量结构被改变,吸收的胶子小于施放的胶子,呈排斥状态,而超过一定距离之后则会消散。

证明这个理论的证据有一个。在现代量子力学中,人们发现真空并不是真的一无所有,是一片沸腾的粒子海洋。如果时空真的什么都没有,怎么可以产生粒子,又快速湮灭,达到平衡,无论什么情况,能量总是守恒的,不可能从空无一物的地方借来能能量,产生粒子。这样的话,波粒二象性也可以得到解释,因为时空是物质,所以其中运动的物质也会受到影响,不断与时空子作用,轨迹就不断发生变化,变得只有在观察的时候才能确定。

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