在物理學(xué)的發(fā)展史上,有許多的科學(xué)家為了探索世界的真相不斷努力,到了現(xiàn)代,有倆種理論最為被人們接受。一種是愛因斯坦的相對論,一種是被無數(shù)科學(xué)家發(fā)展并完善的量子力學(xué)。這倆中理論在一定條件下都是正確的,但是世界應(yīng)該是簡潔而明了的,因此一定有一種理論可以包括這倆種理論。了解宇宙的真實(shí)樣貌。 物理學(xué)的發(fā)展史 從遙遠(yuǎn)的古代,人們就開始了對世界的思考,有神明創(chuàng)造萬物的唯心主義世界觀,也有物質(zhì)是世界本源的唯物主義理論。但當(dāng)時由于人們知識的局限性,人們對自然的了解并不多。在錯誤中不斷前進(jìn),新的理論代替錯誤的理論,構(gòu)成了物理的發(fā)展史。公元前384年,亞里士多德誕生在色雷斯斯塔基拉。這位科學(xué)家學(xué)識吩咐,被稱為百科全書一樣的哲學(xué)家。他的思想一直流傳后世。亞里士多德認(rèn)為力是維持物體運(yùn)動狀態(tài)的原因,簡單的說就是當(dāng)物體受到力的時候他才會運(yùn)動,當(dāng)他不受力的時候,物體就會慢慢停止運(yùn)動,這種觀念也一直被人們接受。一直到文藝復(fù)興時期。這一時期人們開始反抗長期的宗教思想禁錮,主張思想自由。也涌現(xiàn)了一大批科學(xué)家。哥倫布的環(huán)球旅行告訴人們地球是圓的,布魯諾哥白尼提出日心說等等此時意大利科學(xué)家對亞里士多德的觀點(diǎn)提出質(zhì)疑。著名的滑梯實(shí)驗證明力不是維持物體運(yùn)動的調(diào)劑而是改變物體運(yùn)動的條件。比薩斜塔實(shí)驗證明物體的下落速度和物體的重量沒有關(guān)系。可以說他是近代物理實(shí)驗的奠基人。在文藝復(fù)興的末期,跨時代的科學(xué)家艾薩克.牛頓誕生了,他在前人的基礎(chǔ)上,完善總結(jié)了力學(xué)三定律。1,任何一個物體在不受力或者受力平衡的時候,總是保持靜止或者勻速永動的狀態(tài)。2,物體所受的加速度和物體所受的合外力成正比。3,倆個物體之間的作用力和反作用了在同一直線且方向向相反。牛頓提出萬有引力定律,任意倆個質(zhì)點(diǎn)之間的引力和它們的質(zhì)量乘積成正比,和距離的平方成反比。牛頓用萬有引力成功預(yù)測哈雷彗星的軌跡。之后牛頓建立經(jīng)典力學(xué)體系幾乎所有運(yùn)動的物體都在這個體系范疇之中。他還和萊布尼茲分別完成微積分理論。當(dāng)時人們認(rèn)為物理學(xué)的大廈已經(jīng)建成,剩下的就只有一些邊邊角角的補(bǔ)綴工作。 然而當(dāng)時依然有一些理論不能用經(jīng)典力學(xué)解釋。1983年,麥克維斯總結(jié)電磁學(xué)定律提出了麥克維斯方程組。 這個方程統(tǒng)一電場和磁場。并且預(yù)言了電磁波的存在。它認(rèn)為電磁波都是光速,且光束是不變的,這極度不符合牛頓力學(xué)。 還有人們在實(shí)驗中發(fā)現(xiàn),當(dāng)物體運(yùn)動的速度接近光速的時候,它的運(yùn)動軌跡和經(jīng)典力學(xué)不同。等等人們迫切需要一種理論完善善經(jīng)典力學(xué)。在1887年邁克爾遜和莫雷做的用干涉儀測量光速差的的實(shí)驗中,他們發(fā)現(xiàn)光速在任何參考系中速度都是不變的,即光速不變理論。這極大沖擊了經(jīng)典力學(xué),試人們懷疑以太存在??茖W(xué)家洛倫茲為了解釋這種現(xiàn)象,提出了洛倫茲變換,這也是經(jīng)典力學(xué)的頂峰時刻。 就在人們苦苦探索超高速物質(zhì)在運(yùn)動是與經(jīng)典力學(xué)不相符的原因的時候。阿爾伯特.愛因斯坦創(chuàng)造性的提出,時空不是孤立存在的,而是相互統(tǒng)一。速度越快,相對時間就越短。其數(shù)學(xué)推導(dǎo)公式與洛倫茲變換相同。 狹義相對論否定以太的存在,認(rèn)為光子傳播不需要任何介質(zhì)。狹義相對論成功預(yù)言了許多現(xiàn)象。1,時間膨脹現(xiàn)象:快速運(yùn)動的物體,其固有時間比坐標(biāo)時間小。2,相對論質(zhì)量與能量的關(guān)系與經(jīng)典力學(xué)不同,經(jīng)過計算可得出 E = mc2 。此理論解釋了核反應(yīng)中巨大的能量來源。3,多普勒效應(yīng)。 當(dāng)光源同觀察者之間有相對運(yùn)動時,觀察者測到的光波頻率和同光源靜止時不同。4,尺縮效應(yīng):運(yùn)動桿子的長度空間坐標(biāo)會縮短。1916年愛因斯坦又發(fā)表廣義相對論,把引力解釋成為空間的扭曲。引力場方程是一個非常復(fù)雜的二階偏微方程。具體形式是 它也成功預(yù)言了一下物理現(xiàn)象。1,黑洞:時空中某些區(qū)域發(fā)生極度扭曲以至于關(guān)系都無法逃逸出。2,引力波:大質(zhì)量的物體運(yùn)動是會產(chǎn)生時空漣漪。3,引力透鏡:扭曲的時空會使光線發(fā)生偏者。 另一方面,量子力學(xué)也開始發(fā)展起來。最初,普朗克的黑體實(shí)驗開始。他發(fā)現(xiàn)將將黑體吸收或者施放的能量看成一份一份的,即hv可以更好的解釋實(shí)驗結(jié)果,普朗克并沒有意識到他打開了量子力學(xué)的大門,沒有更加關(guān)注。后來科學(xué)家愛因斯坦用光量子理論輕松證明光電效應(yīng)。此時量子力學(xué)才開始發(fā)展起來。在湯普森和盧瑟福的努力下建立的原子模型改變了人們對原子的認(rèn)識。 波爾首次在原子模型中加入量子概念,他假設(shè)電子只能處于一些分立的穩(wěn)態(tài)上,即我們所說的能級E1,E2,E3,等等如果電子要跳到更高能級上,它必須吸收光子。 后來的量子力學(xué)框架越來越完善,德布羅意發(fā)現(xiàn)物質(zhì)波,波是粒子,粒子是波。而后薛定諤在此基礎(chǔ)上推導(dǎo)出薛定諤方程。 為量子力學(xué)添上最后一筆。 量子力學(xué)與經(jīng)典物理有很大的不同。第一是全同性。量子只有波色子和費(fèi)米子倆種,無法區(qū)分只有通過頻率來判斷,但是宏觀物體只是近似而不可能相同。第二,在經(jīng)典力學(xué)中,一個運(yùn)動有確定的速度,那么它的軌跡就是確定的,但是量子的運(yùn)動軌跡是出于疊加狀態(tài)的,無法計算確定的軌跡,只可以根據(jù)它的概率密度描述量子的軌跡。量子力學(xué)也取得了十分重大的成果??茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)場論論,電磁場都是物質(zhì)的一種特殊形式,而光子是由電場和磁場相互鼓蕩形成的粒子波。發(fā)現(xiàn)了膠子,并且發(fā)現(xiàn)強(qiáng)相互作用和弱相互作用,完善原子結(jié)構(gòu)模型,楊振寧的楊-米爾斯方程統(tǒng)一了除電磁力以外其他三中基本力。現(xiàn)在科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了上帝粒子,希格斯波色子,可以說量子力學(xué)是現(xiàn)在科學(xué)發(fā)展的前沿方向。 相對論和量子力學(xué)都在探索世界真相的道路上取得了巨大的成功。愛因斯坦和許多研究量子力學(xué)的科學(xué)家終其一生都沒有統(tǒng)一這四中基本力。 在這里我提出一個假設(shè)。在廣義相對中,引力被描述成時空的扭曲,是一種幾何效應(yīng)。通常我們見到的引力圖片是這樣的。 但是,時空并不是二維的,而是一個四維的時間空間相統(tǒng)一的時空,所以它本應(yīng)該是這樣的。 那么問題來了,時空可以扭曲,可以運(yùn)動,那么時空可不可以認(rèn)為是一種物質(zhì)呢。波爾在他的能級假說中假設(shè)時空是由無數(shù)分立的小份組成。我們可以假設(shè)時空是由無數(shù)等距的小量子組成的。我稱它們?yōu)闀r空子。由于并沒有否定時空,只是把時空量子化,所以廣義相對論公式依然成立。大質(zhì)量物體會吸收時空子,導(dǎo)致時空子大量想物體聚集,時空子密度增加,與時空扭曲效果相同。 廣義相對論的公式這樣。 他的意思是扭曲時空的能量減去普通時空的能量等于空間的能量。那么可以把這個公式改一下。A-B等于C即扭曲時空的時空子密度減去普通時空子密度等于多遠(yuǎn)的時空子密度。即為能量的某種表現(xiàn)形式。也是量子力學(xué)中一直在尋找的引力子。愛因斯坦時空理解成為幾何模型,計算方法也是正確的,但是這就無法統(tǒng)一其他的力。 我們再看狹義相對論,只需要滿足倆個條件就可以推導(dǎo)出來。1,物體一定速度在運(yùn)動過程,到達(dá)一定距離的時間是一定,符合經(jīng)典力學(xué)。2,光速是不變。我們假設(shè)時空子分布是均勻的,而且是以光速運(yùn)動,由于粒子全同性,不同的時空子對物體是沒有影響的,不影響其他物質(zhì)運(yùn)動。這樣也可以推導(dǎo)出狹義相對論。不僅如此,產(chǎn)生的相對時間差也可以得到解釋。在平直時空中,如果一個物體的動能確定,那么它的速度就是確定的。物體運(yùn)動的客觀距離是以人的觀察角度確定的,而它的實(shí)際距離是相對于時空子決定。速度越大,時空子與物體的相對位移越小,穿過物體的時空子越少,前進(jìn)的實(shí)際距離越短,耗時間越短。 經(jīng)典力學(xué)中能量公式也可以解釋。E=FH,假設(shè)物體吸收時空子是瞬時,那么它獲得的時空子只和他接觸到的多余時空子有關(guān),和速度無關(guān)。力F就可以描述成單位距離所吸收的時空子。 在量子力學(xué)中,科學(xué)家假設(shè)時空中彌漫著一種場,與物質(zhì)發(fā)生的費(fèi)米子場相耦合,從而產(chǎn)生質(zhì)量,但是有哪一種場可以彌漫整個宇宙,可以猜想,所謂的希格斯場就是時空本身??臻g本身自然可以彌漫在時空所有角落。而且時空不僅可以和物質(zhì)的費(fèi)米子場耦合,還可以自身耦合。在宇宙環(huán)境中,電場和磁場是可以穩(wěn)定存在的,當(dāng)時空子波動達(dá)到一點(diǎn)程度的時候就可以產(chǎn)生電場,快速變化的電場又可以產(chǎn)生磁場,它們互相鼓蕩,產(chǎn)生了電磁波。時空子結(jié)合的程度更加高時,就可以產(chǎn)生有質(zhì)量的粒子。既為希格斯波色子。它極度不穩(wěn)定,容易消散,為了增加穩(wěn)定行就會互相結(jié)合,形成更大物質(zhì)。 而在電磁波和希格斯波色子之間還有其他一些物質(zhì)。比如膠子,它的大小介于希格斯波色和電磁場之間。這種微粒沒有質(zhì)量大量存在于原子中,可以改變物質(zhì)的質(zhì)量結(jié)構(gòu)。當(dāng)質(zhì)子距離它在合適距離的時候,質(zhì)子吸收的膠子大于施放的膠子。當(dāng)小于一定距離的時候,質(zhì)子的質(zhì)量結(jié)構(gòu)被改變,吸收的膠子小于施放的膠子,呈排斥狀態(tài),而超過一定距離之后則會消散。 證明這個理論的證據(jù)有一個。在現(xiàn)代量子力學(xué)中,人們發(fā)現(xiàn)真空并不是真的一無所有,是一片沸騰的粒子海洋。如果時空真的什么都沒有,怎么可以產(chǎn)生粒子,又快速湮滅,達(dá)到平衡,無論什么情況,能量總是守恒的,不可能從空無一物的地方借來能能量,產(chǎn)生粒子。這樣的話,波粒二象性也可以得到解釋,因為時空是物質(zhì),所以其中運(yùn)動的物質(zhì)也會受到影響,不斷與時空子作用,軌跡就不斷發(fā)生變化,變得只有在觀察的時候才能確定。 |
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