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物理学似乎停滞了百余年?三座大山难以逾越!或永远都无法进步?

2022-09-08 14:247030

物理学似乎停滞了百余年?三座大山难以逾越!或永远都无法进步?

近代科学带领人们走向进步,尤其是物理学,各种理论知识颠覆了人类的认知,将人类的思维带到一个新天地当中。

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然而物理学发展似乎停滞了百余年,其中横亘着三座大山难以逾越!或许物理学此后永远都无法进步?

万有引力

万有引力就像是它的名字一般,用于解释两个物体之间相互作引力的理论。

在万有引力当中,有质量的物体都存在一定的引力,这种引力的大小与物体体积以及质量成正比

比如太阳的质量就占据了整个太阳系的99%,它的引力范围达到几百亿公里,以至于八大行星都在围绕着太阳转圈。

八大行星为了不被太阳的引力吸进去,在旋转的过程当中产生出了离心力,离心力与引力相互抵消,这才维持了太阳系行星之间的平衡状态。

同样的,行星之间也存在引力,一些星体受到行星引力的影响,围绕着行星旋转,被称作是行星的卫星

人们最熟知的卫星就是月球,此外还有木卫一、木卫二等。

在逐渐深入的物理学理论当中,人们发现了万有引力的缺点

首先,万有引力只适用于宏观层面,并且低速移动的物体,在微观世界当中,原子核的组成就是由强相互力之间吸引,这种力的性质无法通过万有引力的理论去解释。

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而且速度达到一定状态的物体会脱离原本引力的束缚,这时本身含有的引力也变得非常奇怪。

尤其是超越光速的时候,相对论认为,物体本身的质量、信息会变得不复存在,也就是说物体本身的引力也会消失。

这与万有引力当中,万事万物皆有引力的定律相悖

牛顿根据万有引力理论表示“重力作用下光线的偏折,只有实际观察到的一半”,当然这一数值很快被广义相对论推翻,而后者给出的数值更接近于实际

而且万有引力无法解释,所有物体的重力质量惯性质量相同,在相对论当中则认为,引力在局部可以消除,引力的加速度与物体的组成没有关系。

所以万有引力无法解释宇宙之间的万事万物,在当中许多理论与其他物理学大佬们的理论存在矛盾,如何将它们结合在一起,成为了物理学当中的难题。

20世纪,全世界的物理学界大佬们曾经组织了一场聚会,参加的物理学家当中就有爱因斯坦、居里夫人等人。

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这一批物理学家都是物理学界最前沿,最顶尖的人物,试图将当今的物理学理论相互融会贯通。

经过一段时间的商讨,未能定论,至于具体的原因,有人推测是各个理论之间的领域侧重不同,导致最终无法融合在一起。

也有人认为,目前人类的认知还是太少了,迫切需要一种全新的认知来将现有的理论串联。

无论如何,万有引力存在的漏洞,成为了人类无法逾越的大山之一。

量子力学

在所有的理论当中,相信大家听得最多的就是量子力学了,与牛顿的万有引力相反,量子力学多用于微观物质的研究。

量子力学对牛顿的经典力学进行了补充,并且科学家还利用量子力学对未来的科学发现进行了精准的预测,让许多物理学家都开始重视起这个理论。

著名的实验“薛定谔的猫”,就是量子力学试图用微观领域,拓展到宏观世界当中进行的理论推演。

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薛定谔将一只猫放在密闭的盒子当中,其中还有放射性的物质,这个物质有一半的概率发生衰变产生毒气,将猫毒死,也有一半的概率什么也不发生。

经典力学看来,猫咪的状态无非就是两种,死亡与不死亡,但是量子力学当中存在着不确定的波动

必须在观测者打开盒子之后,粒子的形态才可以得到确认,如果盒子处于封闭,当中的猫就处于生死叠加的状态。

这个实验超出了人类的认知,猫的生死叠加状态违背了客观规律,但是实验将微观世界当中的不确定原理变成了宏观世界的不确定原理。

随着技术的发展,人们已经在微小的粒子当中,实现了这种叠加状态,证明量子力学的正确性。

但是,当中的其他理论知识仍旧困惑着不少科学家们,比如量子纠缠。

量子纠缠是多个粒子组成的系统单位,但是这个系统无法被分离成单个粒子存在,量子之间维持的奇妙状态被称作是量子纠缠。

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当人们对其中一个粒子测量时,可能会导致整个系统坍塌,也就是说,当科学家观察一个就近原子的时候,也会影响到与它相连的另一个遥远粒子。

坍塌之后的粒子,仍旧是一个整体,只不过在测量它们的时候,会脱离量子纠缠的状态。

这让研究粒子的科学家们很是苦恼,既无法利用科学的手段对它进行研究,又有着无法解释纠缠状态,属于是物理学界的又一座大山。

相信,随着对粒子研究的入,人类终会揭开量子纠缠的秘密。

此外,量子退相干的研究,也是物理学界一个大头的难题。

一直以来物理学家想制造一台量子计算机,但是苦于无法长时间维持量子叠加状态(薛定谔猫),量子计算机一直只存在于理论当中。

此前,针对于量子力学无法解释宏观现象,爱因斯坦给出了自己的见解,爱因斯坦表示“量子力学太小了,无法解释宏观的问题”。

直到“薛定谔的猫”实验之后,人们才发现,只有在量子叠加状态思考,才有可能让宏观世界产生系统性,量子退相干就是量子力学解释宏观世界的方式。

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科学界也针对量子退相干展开系统性的研究,多年以来未能获得很好的进展,成为物理学家理论知识上的“拦路虎”

复杂的标准模型

标准模型也是一套观察微观世界的粒子理论,它主要的研究方向是强力、 弱力、电磁力这三种基本的力以及粒子。

在三种力之间,加上一个引力,就是人类目前所知宇宙当中的四种基本作用力,强相互力是四种力当中最强的存在。

目前来说,人类还没有技术手段能将强相互力连接的粒子分开,具体来说,强相互力究竟是一种怎样的连接状态也很难说得清楚。

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为了深入研究标准模型,日本曾开展了一场声势浩大的实验,该实验运用了五万吨的超纯水。

超纯水制造工艺繁琐,保存条件苛刻,成本巨大。

耗费如此精力,就为了研究关于宇宙粒子的基本组成,不难看出标准模型研究的重要性。

如果能够突破标准模型的理论研究,就能探究宇宙起源的奥秘。

经过了几十年的观察,终于在5万吨超纯水组成的探测器当中,发现了宇宙最神秘物质--暗物质的微弱反应

暗物质本身极为稳定,基本不与其他物质发生联系,再加上它本身看不见摸不着,即便是在穿过人体的时候,人们也无法察觉。

根据理论研究,暗物质当中可能含有人类未知的粒子,由强相互力组成,在宇宙当中占据85%以上,探究暗物质本身,有可能揭开宇宙本身的奥秘。

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更加深入的研究还需要精进的设备,如今标准模型研究的重点,也转移到暗物质当中,成为科学界的又一道难题。

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