首页 理论教育 探索量子力学:无所不包的宇宙

探索量子力学:无所不包的宇宙

时间:2023-08-13 理论教育 版权反馈
【摘要】:所有粒子的质量,包括夸克和电子,都是普朗克常数决定的。关于物质的起源,包括最小的微粒到星系都与宇宙大爆炸理论相连。实验证明,纠缠粒子,是量子力学奇异世界中最为奇异的物质。而事实却更为复杂,轴是同时在两处出现的量子物质。特别是在量子力学的亚原子世界中,能量和粒子的作用不仅寻常而且是必须。

探索量子力学:无所不包的宇宙

~399

为什么在宏观世界中物质和能量遵守牛顿经典力学定律,而在亚原子粒子的世界中,他们以概率的形式存在?

当牛顿掌管世界时,一切都很简单。你知道什么东西在什么地方以及它的移动速度,你还可以根据它的运动定律算出它将来会在哪。但后来爱因斯坦,海森堡,薛定谔,迪拉克,普朗克等其他量子物理学家陆续出现并告诉我们,我们不知道什么东西在什么地方并且以怎样的速度移动,那只是概率,而这些只有它们同时出现在两个地方才说得通。

换句话说,物体按照我们所观察的或认知的方式运动。在亚原子粒子的世界中,它们看起来会很不一样。好像我们同时生活在两个完全不同的世界里。就像霍尔丹1927年所说的那样,我认为世界不仅比我们猜想的奇异,而且这种奇异超乎我们的想象。

~400

为什么普朗克常数有值?

1900年,德国物理学家普朗克在做一个有关放射的实验时有了神奇的发现:能量在以小块而并非连续形式存在的情况下,他的理论才能和实验数据吻合。这个发现促成了量子力学的产生并改变了我们对于世界的看法。当爱因斯坦证明物质与能量守恒时,细微的物质量子是存在的,一些理论甚至认为存在着量子时间。

普朗克常数,是一个量子的大小。以能量与时间的乘积表示,等于6.62606896×10-34

所有粒子的质量,包括夸克电子,都是普朗克常数决定的。粒子或许可以没有质量,或许有普朗克常数所决定的质量,此外再无其他可能。普朗克常数的大小,是怎样形成的,仍是未解之谜。

~401

我们的星球是唯一的一个,还是众多星球之一?

踏出我们的星球走入另一个平行的空间,这种想法和科幻小说一样古老。但那是另一种解释量子理论的方法。以薛定谔的猫为例,澳大利亚物理学家薛定谔在1935年的实验中想象,这个不幸的生物同时死亡和生存,直到我们看到其中一种状态。假设这个实验是在两个空间中进行的也可以,其中一个空间的猫死亡,而另一个生存,你不可分辨,直至你看到那只猫。

弦理论也预计了多重空间。而事实上,是一个空间,但有十个维度,我们小小的三维空间只是其中的一部分,有许多与我们类似的空间存在。而宇宙大爆炸,根据弦理论,也只不过是两个空间的相撞。如果我们将它看成是另一个空间释放在我们空间的能量,那么这个观点也解释了暗物质

我们是否能证明另一个空间的存在,这又是另一个问题。

~402

如果其他空间真的存在,他们是否具有与我们相同的法则?

根据人择原理,自然法则的存在仅仅是因为我们看到了它。一系列自然法则不断出现,控制着我们的生存和进化。例如,没有重力,所有东西都会分崩离析;没有能量存储与运动的规律,星球和星星或许不会停留在它们的轨道上。自然法则的一个微小的变化都会导致所有物质的变化。

一种解释是上帝创造了一切。另一个不那么具有宗教色彩的说法是上帝只能按照这样的法则来运作宇宙。相反,人择理论的支持者们认为事情有可能变得不同,如果我们没有亲眼见到它们,我们对于自然法则的看法很大程度上都取决于我们的看法。

无论我们是相信弦理论有十维空间而我们只是其中的一部分,还是相信所有空间连接而我们是多维度空间的一员,或是用数学模型介绍我们空间的复杂方面,在我们有更多的认识前,这只是一个选择的问题。

~403

为什么没有反物质(www.xing528.com)

根据最新的宇宙生成理论,宇宙起源于能量大爆炸。按照爱因斯坦的公式,这些能量转换为物质。理论和实验证明,这一过程同时也产生了等量的反物质。反物质与物质相同,只不过反物质原子的正极绕着负极转,而物质的负极绕着正极转。当他们相遇时,互相抵消转换为能量。

在宇宙形成之初,物质和反物质是等量存在的。但寻找最细小的反物质十分困难。它们都去哪了?

~404

宇宙大爆炸后的第十万分之一秒是什么样子?

根据1830年的格林尼治标准时间,宇宙大爆炸发生在1949年3月28日,这至少是宇航员弗雷德·霍伊尔告诉英国广播公司的准确时间,他引用了宇宙大爆炸这一术语,但是,他并不相信这一理论,他只是用这一原理做对比来解释稳定空间这一理论。

1949年以来,能证明宇宙大爆炸理论的证据越来越多。特别是宇宙空间的测量以及星系移动速度的相互偏离,都证明了它们137亿年前来自同一个地方。

关于物质的起源,包括最小的微粒到星系都与宇宙大爆炸理论相连。事实上,我们可以将一切追溯到宇宙大爆炸的最细小的一秒钟。但第十万分之一秒确是个难解之谜。大爆炸的能量产生了物质和反物质,但后来某个物质造成了不对称,这对物质有利。反物质在与物质的冲突中被消灭,产生了宇宙微波,剩下的物质形成了我们的宇宙。但到底是什么在第十万分之一秒时造成了反物质的消失,仍是个未解之谜。

~405

纠缠粒子是如何沟通的?

实验证明,纠缠粒子,是量子力学奇异世界中最为奇异的物质。在特定条件下,粒子会具有镜像的特性,最常见的例子就是一对光子,它们有被称为“轴”的东西,轴或上或下。光子中的其中之一是上,另一个必然为下,无论它们相距多远。

而事实却更为复杂,轴是同时在两处出现的量子物质。直到我们观察到粒子,才能确定轴的位置。所有轴同时上下,一个轴的位置确定,另一个也同时确定。

粒子好像可以互相沟通,实验证明这是瞬间发生的。如果粒子互相传递信息,它们就快不过光速。从乐观的方面看,这是解释瞬间星际交流的关键,但从现实来看,我们并不知道发生了什么。

~406

反物质来自其他星系吗?

美国航天飞机奋进号于2011年5月进行了最后一次飞行,带着一个叫作阿尔法磁的巨大设备去了国际空间站。在那里,它参与了许多实验,包括对于暗物质和反物质的探索。特别是对反氦原子核的探索,反氦原子核的发现将会证明反物质来源于其他星系。反物质,如果在地球上被发现,也可能来源于其他星系。

~407

我们如何解释?

经典物理学中,粒子构成物质,能量以波的形式存在。17世纪,关于光是以能量波传播还是以微小粒子传播存在着争议。光的某些特质符合一种说法而某些特质则符合另一种。20世纪,爱因斯坦发现物质和能量可以互相转换,这就更加深了人们的困惑。但它为用粒子和波来解释物理现象提供了便利,这是有益的。特别是在量子力学的亚原子世界中,能量和粒子的作用不仅寻常而且是必须。

一种观点是,物质和能量,尤其是光,可以通过波或者粒子的形式发挥作用(现在被称为光子),但并不是同时进行的。另一种观点是,这些是互相矛盾且没有意义的。但似乎又是有作用的,因为这种自相矛盾在量子理论中十分寻常。

免责声明:以上内容源自网络,版权归原作者所有,如有侵犯您的原创版权请告知,我们将尽快删除相关内容。

我要反馈