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新看法:能量碎片可能是宇宙的基本构件

发布日期:2021-08-19 20:26

本文摘要:物质组成了宇宙,但物质又是什么组成的呢?对于那些思考这个问题的人来说,这个问题恒久以来一直很棘手--特别是对物理学家来说。科学家形貌了一种新的思考物质的方式,这反映了物理学的最新趋势。他们认为,物质并不像人们恒久以来认为的那样是由粒子或波组成的,而是--更基础的--物质是由能量的碎片组成的。 从五点到一点。古希腊人从下到上设想了五种物质积木:土、水、空气、火和以太。从地球的有利位置视察,以太是充满天空的物质,并解释了恒星的自转。 这些都是组成一个世界的第一个最基本的要素。

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物质组成了宇宙,但物质又是什么组成的呢?对于那些思考这个问题的人来说,这个问题恒久以来一直很棘手--特别是对物理学家来说。科学家形貌了一种新的思考物质的方式,这反映了物理学的最新趋势。他们认为,物质并不像人们恒久以来认为的那样是由粒子或波组成的,而是--更基础的--物质是由能量的碎片组成的。

从五点到一点。古希腊人从下到上设想了五种物质积木:土、水、空气、火和以太。从地球的有利位置视察,以太是充满天空的物质,并解释了恒星的自转。

这些都是组成一个世界的第一个最基本的要素。在近2000年的时间里,他们对物理元素的观点没有发生重大变化。

然后,约莫300年前,艾萨克·牛顿爵士提出了所有物质都存在于称为粒子的点上的看法。150年后,詹姆斯·克莱克·麦克斯韦尔提出了电磁波--电磁波是磁、电和光的基本形式,通常是看不见的。粒子是力学的基石,电磁波是电磁学的基石--民众把粒子和波作为物质的两个基石。

粒子和波一起成为种种物质的基石。与古希腊人的五行相比,这是一个庞大的进步,但仍然是有缺陷的。在一系列著名的实验中,被称为双缝实验,光有时像粒子,有时像波。

虽然波和粒子的理论和数学允许科学家对宇宙做出令人难以置信的准确预测,但规则在最大和最小的尺度上都被打破了。爱因斯坦在他的广义相对论中提出了一种调停措施。

使用其时可用的数学工具,爱因斯坦能够更好地解释某些物理现象,并解决了一个恒久存在的与惯性和重力有关的悖论。但他并没有革新粒子或波,而是将它们消除,因为他提出了空间和时间的扭曲。

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使用较新的数学工具,科学家证明晰一种可以准确形貌宇宙的新理论。他们没有把理论建设在空间和时间的扭曲上,而是认为可能存在一种比粒子和波更基本的积木。科学家们明确,粒子和波是存在的对立面:粒子是物质的泉源,存在于单个点,而波无处不在,除了发生它们的点。

他们之间存在潜在的联系是合乎逻辑的。能量的流动和碎片。这个理论始于一个新的基本观点--能量总是在空间和时间区域中“流动”。

把能量想象成一条线组成的,填满了一个空间和时间的区域,流入和流出谁人区域,永远不会开始,永远不会竣事,也永远不会相互相交。从流动能量线的宇宙观点出发,我们寻找流动能量的单一构件。如果我们能找到并界说这样的工具,就有希望能用它在最大和最小的尺度上准确地预测宇宙。

在数学上有许多积木可供选择,但他们寻找了一种既具有粒子特性又具有波特性的积木--像粒子一样集中,但也像波一样在空间和时间上扩散。谜底是,积木看起来像是一种能量集中--有点像恒星--能量在中心最高,离中心越远,能量就越小。

令人大吃一惊的是,发现形貌流动的能量集中的方式有限。只有一个切合我们对流量的数学界说。把它命名为能量碎片。

对于数学和物理喜好者来说,它被界说为A=-⍺/r,其中⍺是强度,r是距离函数。使用能量碎片作为物质的构件,我们构建相识决物理问题所需的数学。最后一步是对其举行测试。

回到爱因斯坦,增加普适性。100多年前,爱因斯坦曾求助于物理学中的两个传奇问题来验证广义相对论:水星轨道上极其微小的年变--或者说进动--以及光线经由太阳时的微小弯曲。

这些问题处于尺寸谱的两个极端。物质的颠簸理论和粒子理论都不能解决这些问题,但广义相对论解决了这些问题。广义相对论扭曲了空间和时间,导致水星的轨道移动,光线弯曲,准确到天文观察中看到的量。如果我们的新理论有时机用可能更基本的碎片取代粒子和波,我们也必须能够用我们的理论解决这些问题。

对于水星进动问题,我们将太阳建模为庞大的静止能量碎片,将水星建模为较小但仍然庞大的缓慢移动的能量碎片。对于光的弯曲问题,太阳也是以同样的方式建模的,但光子被建模为以光速运动的微小能量碎片。

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在这两个问题中,我们盘算了运动碎片的轨迹,获得了与广义相对论预言相同的谜底。科学家都惊呆了。最初的事情展示了一个新的积木是如何能够从庞大到微小准确地对物体举行建模的。

在粒子和波剖析的地方,能量积木的碎片保持结实。这个碎片可能是一个潜在的通用构建块,可以用来对现实举行数学建模--并更新人们对宇宙构建块的看法。


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