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神妙的作用力,不止定义宇宙也定义我们(量子力学与相对论之四)

 金苹果6 2022-10-29 发布于北京

之四

“之二”里说到,世界上只有四种基本作用力

万有引力、电磁力、强相互作用力和弱相互作用力。

宏观世界中,所有力都是引力或电磁力——

比如张三推了李四一下,李四倒地

推的动作如果追溯到原子级别,是张三手的原子与李四身体或衣物的原子之间产生电磁力作用,李四身体失去平衡,失去平衡意味着地球引力将他身体的上部分拉到地面,从而倒地。

声音,是分子的振动

张三跟李四说话,张三声带振动传导空气(也可以是别的介质比如水)分子的振动,空气分子的振动前后碰撞产生声波,被李四的听觉系统感知到。而分子这种碰撞来源于分子电荷之间的作用力,是电磁力。

光,是光量子流,也是一种电磁波

我们肉眼可见的各种颜色就是不同波长的电磁波之于人眼的不同反应。

热,是一定范围内分子的平均动能

分子运动越快,就相对越热也就是温度越高。当女生拉住男生的手,感觉到物理上的温暖,那是因为当时这位女生的手分子动能低,而男生的手分子动能高,分子之间相互碰撞,之前动能低的也就是分子运动慢的也变快了,于是有了热传递,而这种热传递也来源于电磁力。

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情感,实际上,感受温暖并不一定是此时那位女生的手温度更低,而更可能,来自于人心。

至于内心产生的温暖舒适各种感觉,来源于脑神经,人脑有几百亿个神经元,神经元分为细胞体和突起,突起的作用就是传递神经递质。

神经递质由各种化学物质组成,如单胺类、氨基酸类等,传递神经递质就是传递各种冲动。

在神经细胞内,信息通过细胞表面离子通道以电信号的形式传导。

在神经细胞间,信息通过神经递质传导。

这些情绪的产生和传递,是大量电化学信号以及化学物质的传递,因此也是电磁力。

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化学反应,是组成分子的原子重新排列组合而产生,一般通过化学键的断裂或产生来判断是否有化学反应。

化学键无论是离子键还是共价键,都是原子中核外电子的运动转移产生。

比如铁生锈,是部分铁的电子移动到了氧,相互结合产生了三氧化二铁。这个过程,起作用的是电磁力。

生命现象,所有化学反应都是电磁力的一种体现,而生命就是各种化学反应的组合,所以生命现象也来源于电磁力。

当然在生命产生和生存的过程中引力也起了一定作用,但我认为引力更多是一种环境以及形态的形成。

以上,日常力、声、光、热、化学、生物等,包括人的情感、记忆、智力,本质上均为电磁力的表现形式。

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微观粒子中,强力是原子核内质子与中子的夸克间作用力。

不同种类的夸克紧紧“拉”在一起组成质子和中子,且组成的质子和中子又紧紧“拉”在一起,这种力远大于质子各自带正电所产生的排斥电磁力,使得原子核虽然由带正电的质子和不带电的中子构成,但也没有崩开,保持着相对稳定。

弱力则是在原子结构不稳定(原子量相对较大)而原子核内部不得不做出一些“内部变革”之时,质子和中子通过弱力进行互换,质子和中子本就是夸克的不同组合形式。

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如果质子变为中子,释放正电子,就是正β衰变。

正是弱力导致了不同元素的形成,同时也是放射性及核辐射的本质来源。

量子力学是研究微观粒子的运动规律,由于人们对宏观世界的了解和认知已经做到了相对而言的较极限状态,如同100多年前普朗克曾经的物理老师对他说的那样,经典物理再也难有突破。

与那时相比,又经过了100多年的发展,我们在经典物理为根基的实际应用上,比如汽车、飞机、火箭、卫星等等,百尺竿头更进一步。但从边际效应而言,就算是在实际应用上可提升空间也确实越来越小了。

如今科技的后继发展,从基础科学而言很大程度上已经依赖于量子力学的发展,因为足够微观、足够本质,所以量子力学不仅是物理学基础,同时也是化学、生物等诸多自然科学的基础,我认为也将会很大程度推动新时代哲学的发展。

在医疗、工业和科研等领域现已广泛运用的伽马射线(γ射线),原理上是量子力学开山鼻祖之一、哥本哈根学派创始人玻尔提出的能级跃迁,也就是电子会在不同的能级状态中转变。

原子核在发生α衰变、β衰变后产生的新原子核处于高能量级,要向低能级跃迁,于是辐射出γ光子。

其波长极短,比X射线更短,因此γ射线穿透能力更强。

这个可以拿红外和紫外做类比,大家都知道紫外线对皮肤不好,实际上就是紫外的波长很短,因此穿透能力更强,对人体皮肤的伤害就更大。

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这又回到了前面所讲过的“紫外灾难”——人类研究量子力学的起源,读书思考最有乐趣的地方就在于各种经意不经意的关联。

历史哲学文学艺术跟数学物理化学生物其实也是完全关联的。

有意思的是,这种微观粒子的“维稳”,会造成宏观世界的失稳。

弱力为了在原子层面“维稳”,会导致放射性,比如γ射线,对人体会造成DNA碱基对序列的错乱,对细胞造成一定的杀伤。

而宏观世界的“维稳”,比如宇宙的演化、恒星的形成,又会导致微观粒子内部的失稳。

那么,现实世界呢?

此时此刻,我看着窗外天朗气清、阳光挥洒,往日喧嚣皆已化作一片静默。

人群会在做核酸时定期涌出。

一个RNA层面的微小生命形态,锁住了一座座蔚为壮观的所谓现代化大城。

如何定义稳态。

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难道这就是号称宇宙公理热二的哲学内涵?

强力弱力都是原子核内部为了使原子结构达到稳定状态所发生的变化,我们从人的角度去理解,就是为达目的主动变革。

而从自然的角度看,这就是事物本身属性,也许不需要什么意义,它们本身就是意义。

因为“稳定”这个状态也是我们定义的,所谓稳定,只是一个结果。

但结果和过程,在不同的时空维度,是完全不同的。

从人类的演化史来看,无论是从约500万年前的南方古猿、还是从20万年前的智人开始算,我们近千年的时光无疑可以算“非常稳定”。

但一战和二战时期生活的人们不会这样看,他们不会认为所处时代是“稳定”的。

这一点很重要,我近期正在试图理解双缝干涉这样的真实“恐怖”实验,其中一个非常大的思维桎梏就是所谓“人”的逻辑。

个人化跟前文无关又有关的看法,我认为——

任何经过时间验证的科学门类,包括自然科学、社会科学,以及文化艺术,包括体育运动、游戏电竞,如果你不感兴趣,有且只有一种可能,就是你没有看明白。

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