打开APP
userphoto
未登录

开通VIP,畅享免费电子书等14项超值服

开通VIP
物质可以无限细分吗?科学以为找到了答案,但宇宙又出了个难题

其实这个问题从古代就有,哲学家在刨根问底追寻答案。

中国古代有一个哲学典故,出自《庄子》:一尺之锤,日取其半,万世不竭。这就是说物质是无限可分的。

       

     

当然,这只是存在人类的数学理念中。

对应于物理世界,量子力学认为物质是有最小基本组成单位的,时间和空间都有最小的单位,就是普朗克时间和普朗克尺度。

如果我们仔细看一下我们周围的世界,看一下宇宙万物星辰的运动规律,就会发现:不管星辰多遥远,都有统一的法则所支配。在地球上的任何一个角落,物质的运动规律都是相同的。

       

     

无限复杂的世界和无限广阔的宇宙,能够协调有序运动,这就要求物质世界的规律是有限的,如果物质世界的规律是无限的,这个世界就会乱套。

那么我们反过来说,假如物质是无限可分的,那也意味着会有无限多种规律存在。

也正因为如此,量子力学给出的答案是合理的,也就是说物质是由最小基本组成单位的。

基本粒子分成两大类,一种是费米子,符合泡利不相容定律。另一种是玻色子,其运动规律服从玻色爱因斯坦统计。

       

     

正因为宇宙间物质种类有限,最小单位有限,所以物理学的规律也是有限的。

物理学前进的方向,就是要把众多的规律归结为简单和统一的规律,这也必然要求物质世界有最小刻度。

根据量子力学的说法,真空是虚粒子的海洋。这些虚粒子随时在涨落过程中出现,瞬间又湮灭。

所以真空是含有能量的。

       

     

为了证明这个观点,一个叫卡西米尔的科学家,用了两块平行的金属板放到足够近,板外侧会产生轻微的推力,这被称为卡西米尔力。

现代集成电路,就需要用这个理论来制造半导体器件。

所以,关于物质是不是无限可分的,应该就到此为止了:一尺之棰日取其半,万世不竭,是不可能实现的。

但是,真空是虚粒子的海洋,与虚粒子的海洋就是真空,是不是全等价关系呢?

为什么我们要提出这样一个问题,就是因为光在真空中是无障碍通过的。        

     

如果真空和虚粒子的海洋是全等价关系,就意味着真空是离散的。光在离散的介质中通过会发生色散现象。

如果出现这样的现象,日月星辰就会变得一团模糊。望远镜望向太空,就感觉镜头被蒙上了一层雾。

但是实际上这种现象并没有发生。

这个问题引申开来,最后会产生一系列的广泛影响。因为电场、磁场根据量子力学的观点是由光子传播的,所以如果量子力学是对的,电场和磁场也是离散和不连续的。

       

     

但是,在实验室中从来没有发现电场和磁场是离散的。

所以,今天的理论物理学正处于一个关键的转折点。

广义相对论和量子场论是现代物理学最重要的组成部分,但是广义相对论描述的时空几何结构是连续的。而量子引力描述的时空几何结构是离散和不连续的。

为了弥补连续性和离散性的问题,量子力学发展出了弦理论和圈量子理论。

       

     

根据最新的量子场论,所有的东西都可能是由颗粒组成的,但是所有的粒子都是由折叠的连续场组成的,我们只是把它当作颗粒来测量。这就是物理学家所说的“微扰理论”:无限连续的离散测量。

换句话说,离散粒子是连续场中的褶皱。

所以到目前为止,量子力学的答案是这样的:时空不是连续的,它是由量子粒子组成的,但是量子粒子不是离散的,因为它们是无限连续振动场的褶皱。自然界不仅仅是连续的,而是一个被折叠的连续统(连续统是集合论的概念,简单的说就是一根包含了所有数的数轴,有理数在数轴上的分布就是离散的)。

       

     

这个问题好像到这里已经终结了,但是量子场论没有办法描述大尺度的宇宙形状,也没有办法描述宇宙的起点和终点,而且无法解释宇宙的高速膨胀和遥远星系的退行现象。

到目前为止,描述时空最准确和最正确的理论仍然是广义相对论。

弦理论和圈量子理论都没有被实验证实。

所以,到目前为止,物理学仍然没有找到答案。

本站仅提供存储服务,所有内容均由用户发布,如发现有害或侵权内容,请点击举报
打开APP,阅读全文并永久保存 查看更多类似文章
猜你喜欢
类似文章
【热】打开小程序,算一算2024你的财运
量子力学究竟给我们的人生带来怎样的希望?
物质是如何从真空中“无中生有”的?
如果量子力学理论是对的,是否意味着人生真的是毫无意义?
不确定的世界,才是极好的
物质与时空摩擦产生暗能量?
物质是什么05 神奇微粒的量子力学描述
更多类似文章 >>
生活服务
热点新闻
分享 收藏 导长图 关注 下载文章
绑定账号成功
后续可登录账号畅享VIP特权!
如果VIP功能使用有故障,
可点击这里联系客服!

联系客服