時間和空間在正確100年後,第三者終於出現了,一切都將被推翻

宇宙 相對論 阿爾伯特·愛因斯坦 地球 物理 體育 宇宙歷史大揭密 2019-04-14

在時間和空間正確一百年後的今天,如今似乎它們又要鬧分手了,到底發生了什麼,作為我們普通人對於這些高大上的物理宇宙科學,一直抱著看戲心態,今天小編給大家講講它們相愛相殺的故事。

牛頓發現了萬有引力,這個作為金典物理力學,一直被奉為人類打開宇宙大門的敲門磚,在牛頓力學中時間就是時間,空間就是空間,兩者是不統一的,時間和空間被用來描述物體運動,但它們自己卻與運動無關,就好比演戲離不開舞臺,但演什麼戲、演得如何卻跟舞臺無關一樣。

直到愛因斯坦的相對論問世,因為100年前,愛因斯坦在研究過程中,發現萬有引力雖然可以闡述一些宇宙現象,但是有些問題無法解釋,於是在他一手撮合下,時間和空間結合了,在相對論中,時間和空間不再獨立,而是緊密聯繫在一起,組成了4維的時空,其中空間3維,時間1維。時間流逝的快慢和空間的長度也不再超然獨立於運動之外。運動的物體,長度會縮短,時間會變慢。而在廣義相對論裡,連自然界中最基本的力——引力,也解釋成了空間的彎曲(比如蟲洞就是在時空彎曲摺疊下產生的)。

時間和空間在正確100年後,第三者終於出現了,一切都將被推翻


原本故事到這裡應該結束了,因為在餘後時間裡,愛因斯坦成功上位,將牛頓打翻在地,不過時間過去了100年,到了今日,量子力學出現了,在量子力學裡,牛頓的那一套老的時空觀還依然保留著。也就是說,在量子力學裡,時間和空間彼此獨立,它們只為物質運動提供舞臺……這樣一來,我們可以想像,相對論和量子力學在很多根本性的問題上就對立了。好在應用上它們井水不犯河水,相對論主要應用於接近光速的高速運動粒子以及大尺度空間結構的天體、宇宙等等(宏觀物質世界),而量子力學則主要應用於微觀的粒子(微觀世界)。

時間和空間在正確100年後,第三者終於出現了,一切都將被推翻


而最一開始,相對論和量子力學還算相安無事,畢竟在高速量子力學中,相對論理論和量子力學還是相輔相成的,可是不久矛盾出現了,按照相對論量子力學的思想,各種基本作用力都可以解釋為傳播力的粒子的交換。比如說,電磁力是通過電荷之間交換光子來實現的,好比兩個人相互拋遞一個球,藉此發生相互作用一樣。核力也被解釋為夸克(複合粒子,叫強子,強子中最穩定的是質子和中子,它們是構成原子核的單元)之間傳遞一種叫做“膠子”(又稱呼為上帝粒子,它是目前為止所有粒子組成的粘合劑,如果沒有它的存在,原子之間無法結合在一起)的基本粒子所產生的。可是,當物理學家按同一思路,把引力解釋成物質之間傳遞一種叫做“引力子”的粒子時,卻遇到了前所未有的困難,計算中不時出現無窮大!——這在物理學上是一個理論失敗的標誌。

好了故事到這裡,並沒有結束,因為物理學家在經過一番努力後,無論如何也無法將相對論和量子力學融合在一起,這下子讓眾人有些抓狂,於是牛頓又笑了,那麼問題到底是出現在哪裡呢,原來是相對論認為自然界中不存在“超距作用”,任何作用的傳播都需要時間,而且傳播速度不能超過光速,但實驗上卻發現,一種叫做“量子糾纏”的現象似乎就是一種超距作用(也就是說量子可以做到瞬間傳送,可以無視時間和空間)。

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比如一個粒子跑到銀河系中心,另一個留在地球上,在如此遙遠的距離下,它們仍然有某種關聯。當其中的一個被操作(比如對它測量)而狀態發生變化時,在銀河系中心的另一個也會即刻發生變化,儘管它們可能相距好幾萬光年。而按相對論的看法,兩個粒子要相互影響,至少也要幾萬年時間對方才有反應。

超距作用的出現,對愛因斯坦的理論很不利,於是美國物理學家彼得·霍扎瓦提出一個大膽的理論,認為要想建立滿意的量子引力理論,人們應該放棄愛因斯坦的時空觀,而回到牛頓舊有的時空觀上來,這下牛頓泉下有知,一定會笑出聲音。

通過這一思路,霍扎瓦修改了愛因斯坦的引力方程,得出了大家夢寐以求的量子引力理論,而且計算中不會出現無窮大,然而事情到這裡還沒有結束,反而引來了更大的麻煩,比如物理學家曾經很頭疼宇宙開端的奇點,體積無窮小,而質量卻又無窮大,就變得十分古怪。

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而當把霍扎瓦的引力理論用於研究宇宙大爆炸時,人們發現,宇宙並不會出現奇點,宇宙收縮到一定程度後,又會反彈膨脹起來。這下連宇宙大爆炸理論都開始被動搖了,這意味著我們之前研究宇宙科學理論出現了前所未有改變,這可會讓很多人吐血的。

好了故事到這裡結束了,不過時間和空間最終是不是會離婚,現在還沒有答案,不過在量子學出現後,我們以前所認知事物是一定會發生變化的,我們拭目以待吧。

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