物理學似乎停滯了百余年?三座大山難以逾越!或永遠都無法進步?

天空之城 2022/09/06 檢舉 我要評論

近代科學帶領人們走向進步,尤其是 物理學,各種理論知識顛覆了人類的認知,將人類的思維帶到一個新天地當中。

然而物理學發展似乎 停滯了百余年,其中橫亙著三座大山難以逾越!或許物理學此后永遠都無法進步?

萬有引力

萬有引力就像是它的名字一般,用于解釋兩個物體之間相互作引力的理論。

在萬有引力當中,有質量的物體都存在一定的 引力,這種引力的大小與物體體積以及質量 成正比

比如太陽的質量就占據了整個太陽系的 99%,它的引力范圍達到幾百億公里,以至于 八大行星都在圍繞著太陽轉圈。

太陽與八大行星

八大行星為了不被太陽的引力吸進去,在旋轉的過程當中產生出了 離心力,離心力與引力相互抵消,這才維持了太陽系行星之間的平衡狀態。

同樣的,行星之間也存在引力,一些星體受到行星引力的影響,圍繞著行星旋轉,被稱作是行星的 衛星

人們最熟知的衛星就是 月球,此外還有木衛一、木衛二等。

在逐漸深入的物理學理論當中,人們發現了萬有引力的 缺點

首先,萬有引力只適用于 巨觀層面,并且低速移動的物體,在微觀世界當中,原子核的組成就是由強相互力之間吸引,這種力的性質無法通過 萬有引力的理論去解釋。

而且速度達到一定狀態的物體會脫離 原本引力的束縛,這時本身含有的引力也變得非常奇怪。

尤其是 超越光速的時候,相對論認為,物體本身的質量、信息會變得不復存在,也就是說物體本身的引力也會消失。

這與萬有引力當中,萬事萬物皆有引力的定律 相悖

牛頓根據萬有引力理論表示「重力作用下光線的偏折,只有實際觀察到的一半」,當然這一數值很快被廣義相對論推翻,而后者給出的數值更接近于 實際

而且萬有引力無法解釋,所有物體的 重力質量慣性質量相同,在相對論當中則認為,引力在局部可以消除,引力的加速度與物體的組成沒有關系。

所以萬有引力無法解釋宇宙之間的 萬事萬物,在當中許多理論與其他物理學大佬們的理論存在矛盾,如何將它們結合在一起,成為了物理學當中的難題。

20世紀,全世界的物理學界大佬們曾經組織了一場 聚會,參加的物理學家當中就有愛因斯坦、居里夫人等人。

居里夫人

這一批物理學家都是物理學界 最前沿,最頂尖的人物,試圖將當今的物理學理論相互融會貫通。

經過一段時間的商討, 未能定論,至于具體的原因,有人推測是各個理論之間的領域側重不同,導致最終無法融合在一起。

也有人認為,目前 人類的認知還是太少了,迫切需要一種全新的認知來將現有的理論串聯。

無論如何,萬有引力存在的漏洞,成為了人類無法逾越的大山之一。

量子力學

在所有的理論當中,相信大家聽得最多的就是 量子力學了,與牛頓的萬有引力相反,量子力學多用于微觀物質的研究。

量子力學不單單與物理學有關

量子力學對牛頓的經典力學進行了補充,并且科學家還利用量子力學對未來的 科學發現進行了精準的預測,讓許多物理學家都開始重視起這個理論。

著名的實驗 「薛定諤的貓」,就是量子力學試圖用微觀領域,拓展到巨觀世界當中進行的理論推演。

薛定諤

薛定諤將一只貓放在 密閉的盒子當中,其中還有放射性的物質,這個物質有一半的機率發生衰變產生毒氣,將貓毒死,也有一半的機率什麼也不發生。

經典力學看來,貓咪的狀態無非就是兩種,死亡與不死亡,但是量子力學當中存在著 不確定的波動

必須在觀測者打開盒子之后,粒子的形態才可以得到確認,如果盒子處于封閉,當中的貓就處于 生死疊加的狀態。

薛定諤的貓構想圖

這個實驗超出了人類的認知,貓的生死疊加狀態違背了 客觀規律,但是實驗將微觀世界當中的不確定原理變成了巨觀世界的不確定原理。

隨著技術的發展,人們已經在 微小的粒子當中,實現了這種疊加狀態,證明量子力學的正確性。

但是,當中的其他理論知識仍舊困惑著不少科學家們,比如量子糾纏。

量子糾纏是 多個粒子組成的系統單位,但是這個系統無法被分離成單個粒子存在,量子之間維持的奇妙狀態被稱作是量子糾纏。

量子糾纏概念圖

當人們對其中一個粒子 測量時,可能會導致整個系統坍塌,也就是說,當科學家觀察一個就近原子的時候,也會影響到與它相連的另一個遙遠粒子。

坍塌之后的粒子,仍舊是一個整體,只不過在測量它們的時候,會 脫離量子糾纏的狀態。

這讓研究粒子的科學家們很是苦惱,既無法利用科學的手段對它進行研究,又有著 無法解釋糾纏狀態,屬于是物理學界的又一座大山。

相信,隨著對粒子研究的 入,人類終會揭開量子糾纏的秘密。

此外, 量子退相干的研究,也是物理學界一個大頭的難題。

量子概念圖

一直以來物理學家想制造一台量子計算機,但是苦于無法長時間維持 量子疊加狀態(薛定諤貓),量子計算機一直只存在于理論當中。

此前,針對于量子力學無法解釋 巨觀現象,愛因斯坦給出了自己的見解,愛因斯坦表示「量子力學太小了,無法解釋巨觀的問題」。

直到「薛定諤的貓」實驗之后,人們才發現,只有在量子疊加狀態思考,才有可能讓巨觀世界產生 系統性,量子退相干就是量子力學解釋巨觀世界的方式。

科學界也針對量子退相干展開系統性的研究,多年以來未能獲得很好的 進展,成為物理學家理論知識上的 「攔路虎」

復雜的標準模型

標準模型也是一套觀察微觀世界的 粒子理論,它主要的研究方向是強力、 弱力、電磁力這三種基本的力以及粒子。

粒子看不見摸不著卻又無處不在

在三種力之間,加上一個引力,就是人類目前所知宇宙當中的四種 基本作用力,強相互力是四種力當中最強的存在。

目前來說,人類還沒有 技術手段能將強相互力連接的粒子分開,具體來說,強相互力究竟是一種怎樣的 連接狀態也很難說得清楚。

粒子構想圖

為了深入研究標準模型,日本曾開展了一場聲勢浩大的 實驗,該實驗運用了五萬噸的超純水。

超純水制造 工藝繁瑣,保存條件苛刻,成本巨大。

耗費如此精力,就為了研究關于宇宙粒子的基本組成,不難看出標準模型研究的重要性。

如果能夠突破標準模型的理論研究,就能探究 宇宙起源的奧秘。

日本儲存超純水的場地

經過了幾十年的觀察,終于在5萬噸超純水組成的探測器當中,發現了宇宙最神秘物質——暗物質的 微弱反應

暗物質本身 極為穩定,基本不與其他物質發生聯系,再加上它本身看不見摸不著,即便是在穿過人體的時候,人們也無法察覺。

根據理論研究,暗物質當中可能含有人類未知的 粒子,由強相互力組成,在宇宙當中占據85%以上,探究暗物質本身,有可能揭開宇宙本身的奧秘。

暗物質構想圖

更加深入的研究還需要 精進的設備,如今標準模型研究的重點,也轉移到暗物質當中,成為科學界的又一道難題。

搶先看最新趣聞請贊下面專頁

用戶評論