导语:在人们研究宇宙的时候,总会有很多的问题不断的随之而来,人们在研究宇宙中的问题的时候,会用理论知识去解决研究宇宙是遇到的诸多的问题,人们在研究的同时,对于研究的理论知识也在不断的更新。
01当前的量子力学
当前的量子力学是同时解释所有物质粒子和三种基本作用力的最佳框架,在量子力学中,所有的事物都可以用粒子来描述,不管是物体作用力还是物体之间的作用力,都可以切割成非常小的粒子,这种粒子被称为量子,当一个电子推动另一个电子时,量子不会使用看不见的力,也不会通过某种奇妙的心灵感应来驱动另一个电子,这种相互作用来自于一个电子,并将某种粒子传送给另一个电子,而这个电子则能转移一部分动力。
电子之间的运动是“光子”,而微粒在弱相互作用下会交换“W玻色子”和“Z玻色子”,而在强相互作用下会交换“胶子”,这一粒子物理的标准模型能够成功地解释大量的自然现象,以量子粒子的方式观察世界,在实验室里所见的一切都能被解释,并预言将来会出现什么(尚未发现的物质粒子或“希格斯玻色子”)。
02量子力学的发展与应用
1、对于短程力的解释
量子力学甚至可以解释弱核力为何是短程力,因为携带这种力的粒子有很大的质量,这限制了他们的运动距离,但标准模型却存在一个很大的问题,用这个理论,可能不能很好地解释引力,也许你认为科学发展到今天,已经没有任何东西能够解释,但偏偏是最常见的“引力”,当前量子力学无法解释引力的本质,根本原因有二:
第一条:如果要将引力纳入标准模型,则需要有一种粒子来传递引力——“引力子”,如果有这样的物体存在,这就意味着当你被引力吸引时,你身体中的每个粒子和地球上所有的粒子都在不断地互相传递某物,但问题是,没有人能观测到“引力子”的存在,因此这一理论也可能完全错误。
2、人们认识的引力
是已经存在的一种理论,它能够很好地解释引力,这一理论是爱因斯坦在1915年提出的,它本身已经非常完美,用一个全新的观点来解释引力,爱因斯坦认为“引力”不是两个物体之间的相互作用,而是空间本身的扭曲。
将空间想象成某种软质流体,而不是抽象的空想,引力就能变得很简单,因为质量或能量的存在会弯曲周围的空间,从而改变物体的运动轨迹,在这个理论中,引力不是一种力,而是时空弯曲的一种表象,在这其中,物质与空间之间不存在任何一种力量,广义相对论认为,地球之所以绕着太阳旋转,而不是绕着遥远的太空旋转,并不是因为地球被某种力量束缚在太阳的轨道上,绕着太阳旋转,是因为太阳周围的空间是以某种方式弯曲的,地球在这个弯曲的空间内,自认为是沿直线运动,实际上是沿一个椭圆运动。最为常见的比喻是,将空间想象成一个弹跳床,当你把太阳放在上面时,弹跳床会整体向下凹陷,然后你在上面弹跳一个小球,这个小球原本是沿着直线运动的,但是当它靠近太阳时,由于空间本身也是弹跳床被弯折了,小球也会以一条弯曲的弧形运动,但是这个过程中并没有任何力量将小球拉扯到太阳上,这当然只是一个直观的比喻,实际的情况是用数学描述的。
这样,重力质量就不再被视为部分粒子具有某种特殊的“荷子”,它测量的是物体能在多大程度上弯曲其周围的空间,尽管这种说法有些诡异,但它成功地解释了局部重力、宇宙尺度的引力和许多太空奇观。
03相对论对于人们的影响
一个非常伟大的理论,相对论,它预言了黑洞的存在,解释了天体运行的原理,并给我们提供了GPS的位置,但还有一个问题,广义相对论是很完美的,量子力学也是很完美的,但目前还没有办法把这两个理论结合起来,这两个理论很难统一,部分原因是他们从完全不同的角度理解世界。
广义性相对论中空间是动态的,弹性的,它是一种事物。在更深层次上,相对论认为,引力是一个现象,一个时空弯曲的现象,而量子理论认为,任何力都是由一个在空间中飞来飞去的小球引起的,那么,如果除了引力以外,宇宙中的一切都符合量子力学,那么,引力也应该遵循同样的规律啊,遗憾的是,直到现在,还没有任何证据能证明“引力子”是真的,更大的问题是,我们甚至无法想象,当两套理论结合在一起时,量子理论会变成什么样。
量子力学首先预言了某一粒子的存在,然后通过实验得到了证实,比如发现了顶夸克和希格斯玻色子,但是一旦物理学家想要从数学上统一这两种理论,他们就永远不会成功,相反,他们会提出许多荒谬的结论,比如“无限大”。现在看来,“弦理论”最有希望统一相对论和量子物理学,但目前弦理论的进展非常缓慢,并且仅仅停留在理论阶段,还没有发现证据。
引力之谜并不是永远存在的,我们必须做一些更深入的研究,目前有一种方法是通过实验来验证宇宙活动的规律,例如观察两个有质量的物体互相交换“引力子”,从而证明引力必然是一种量子现象,那么,在宇宙中是否存在这种现象,这既符合广义相对论对超大质量的描述,又符合量子力学对超小空间的描述,还真是:
一是黑洞的内部,另一是宇宙大爆炸的起始点,这两种场景研究起来都很困难,黑洞可以进去,但进不出,宇宙大爆炸的起始点,又离我们很远,你们可能也常听说科学已经研究过宇宙大爆炸开始的10次方秒,即负多少次方秒,人们为何如此较真,必须无限接近宇宙大爆炸的起始点,这就是因为试图通过研究宇宙大爆炸来统一量子物理学和相对论的原因。
结语:宇宙中的引力依然是一个谜,人们并不能完全的解释透彻宇宙中的引力究竟是怎样的存在,但是人们在不断的尝试中渐渐的了解大欧宇宙中的诸多秘密,人们的努力并不会白费,终究会取得一定的成果。