探索宇宙到底是为了什么(探索宇宙的本质不在外太空)(1)

笔者芳魂也是物理学爱好者,今天发表一些对物理学的见解,各位关注历史的粉丝勿怪。

宇宙是时间和空间两个矢量的统一。

我们先来看看什么是时间,时间的本质是运动。你可以说时钟秒针动一下是一秒,如果时针不动了呢,你可以说太阳升起一次是一天,铯133原子基态的两个超精细能阶之间跃迁时所辐射的电磁波的周期的9,192,631,770倍的时间是一秒,如果太阳不升起了,铯原子也不运动了呢?宇宙中所有的物质都不再运动,那就没了时间的概念。同理我们所说的穿越时空回到十年前,在目前的三维空间,唯一的办法是你不运动,至少整个银河系所有物质按照以前运动的方式,反方向运动10年,目前宇宙中人类还没法运用这种力量。

我们再谈谈运动,运动的本质是相对位移的变化,讨论运动就要有参考系,比如我们拿银河系做参考,我们可以看到地球围绕太阳运动,地球运动的离心力和太阳的引力保持平衡,所以地球围绕太阳旋转。

换个角度思考,我们建立这样一个模型,地球的自转和公转周期一致,也就是说地球的某一点永远向着太阳,地球的另一面永远是黑夜,这样的模型里,地球和太阳是相对静止的,以太阳为参考系,地球没有了公转的每秒约29.7千米的速度。这样相对静止的两个庞然大物,地球会不会被太阳的引力吸过去呢,现实中当然不会,这样的模型是存在的,比如冥王星和冥卫一,他们没有相互吸引,根据广义相对论里的惯性系,以银河系为参考系,冥卫一是有绝对速度的。

我们把模型改一下,模型里地球的某一点还是永远向着太阳,与太阳相对静止,但以银河系为参考系,地球以每秒约29.7千米的速度围绕太阳公转。然后我们把模型里其余物质全部抹掉,对,是全宇宙的所有物质,整个宇宙只有地球和太阳,以银河系做参考时的地球每秒约29.7千米的速度突然就看不到了,地球和太阳相对静止,此时太阳会突然把地球吸引过去吗?是不是有点看不懂了,笔者也不知道结果,可以确定的是,模型里全宇宙对地球的惯性系消失了,也就是全宇宙对地球的引力束缚消失了,只有太阳对地球有引力,笔者认为这就是引力的本质和奥秘所在。

探索宇宙到底是为了什么(探索宇宙的本质不在外太空)(2)

众所周知,量子力学和相对论的统一是世纪难题,这里要说到四大基本力,在量子力学里,电磁力是通过交换光子产生,强核力是夸克通过交换胶子产生。万有引力呢,是不是也有引力子?爱因斯坦说不是的,根据广义相对论,引力不是物质与物质之间,通过交换某种万有引力的粒子,而是作用于时间和空间,通过弯曲时空,构建的一门关于时空的几何学。

是不是有点烧脑了?笔者芳魂还用太阳和地球的模型做个通俗的解释,地球以每秒约29.7千米的速度向前直行(惯性),太阳的巨大质量使得太阳系的空间弯曲,所以看起来地球是在绕太阳旋转,其实地球还是在直行。这就是广义相对论对引力的解释。

根据牛顿经典力学,物体只要有重量,就有万有引力,而爱因斯坦的广义相对论说,万有引力只是我们的错觉,本质上是有质量的物体把宇宙空间给扭曲了。光线没有质量,经过空间时,既然空间都被扭曲了,那它是无论如何都逃不过去了,肯定是会被吸引扭曲的。后世科学家通过观测星光偏移证实了光线被扭曲(观测加计算,排除了光子的运动质量带来的影响)。

这里插句题外话,普及一下常识,我们为什么看不见基本粒子?首先要明白什么是“看”,一束光照射到物体上,物体根据自身的结构属性反射不同波长的光,产生漫反射,一部分光源反射向眼球,刺激感光细胞,感光神经通过接受的光的不同,确定物质的距离、颜色和形状。因此,假如没有光子与物质进行传递,我们是看不到物质的。这种反射对于大型物质而言,根本不算什么问题,偏偏基本粒子太小了,比光子的波长还要小,光子撞向基本粒子,会直接把基本粒子撞飞,换言之,光子撞一下基本粒子,就会改变他的基本属性,常规的“看”也就看不到基本粒子。基本粒子长啥样,我们不知道。可能是一个圆球,也可能是三角形或者不规则各种形状。

而科学家研究基本粒子,就是把基本粒子假设成空间的一个“点”,赋予这个“点”一些电荷、旋转、质量等物理属性。为这个“点”建立方程,计算粒子与粒子间的相互作用,这就是量子力学。

按照爱因斯坦对引力的解释,科学家开始计算基本粒子的引力。在计算基本粒子的引力时,发现了一个问题,基本粒子太小了,根本看不见,也不知道他的形状,对他的坐标只有一个概率描述。而广义相对论的计算是几何学,是需要精确的坐标的。

又有科学家用数学虚化的方法,假设基本粒子是一个点并知道他的坐标,尝试着计算基本粒子的引力影响。

谁知道这一计算,撕开了一个大问题。

我们再建立一个宇宙模型,在这个模型中只有黑洞,和两个基本粒子。在黑洞的引力下,两个基本粒子结合在一起,科学家尝试计算粒子间的引力时,在两个粒子结合的瞬间,他们的距离为0。数学方程我们都学过,分母为零的方程不成立,是没法计算的。

因此,20世纪基础科学最伟大的两大理论------量子力学与广义相对论,就像水火不容一样矛盾。可是广义相对论对光线的弯曲已经得到证实,量子力学也确实推动了科学的进步,在他们各自的空间都是正确的,却无法统一。如果不解决这个问题,人类的科学将始终止步不前。

上个世纪80年代,又有一批聪明的科学家站了出来,指出基本粒子根本就不是点,而是一根根像琴弦一样振动的弦,反正谁也看不到基本粒子,你凭啥说他就是一个点?我就说他是一根弦。科学家尝试用弦理论统一量子力学与广义相对论。

根据弦理论,粒子与粒子结合时,他们不会变成一个点,而是有长度的弦,有了长度,分母就不为0了,理论游戏又能继续玩下去。这些脑洞大开的科学家继续计算粒子间的万有引力。

这一计算又扯出了更大的问题让科学家措手不及。因为弦的振动带来了纬度的提升。我们空间的长宽高构成三维宇宙,再加上时间线,构成四维空间。比如一跟静止的琴弦,他是一条线,这根弦振动,其振动的空间就成了一个平面,这是一维到二维的跨越。这个跨越是致命的。就像某个科学家所说,一只蚂蚁看到一个脚印是朝左的,另一只蚂蚁看到另一个脚印是朝右的,两只蚂蚁都认为自己看到的是正确的,而三维空间的人类能看到,其实这只是人类不同左右脚的脚印。同理,量子力学与广义相对论的矛盾,也许只有更高维度空间的生命才能解释。

目前主流科学家对还在娘胎中的弦理论寄予厚望。笔者芳魂不这么想。笔者认为,解决量子力学与广义相对论的矛盾,包括基础物理学的发展,本质在于探索四大基本力。三百多年前牛顿发现万有引力的规律推动了基础科学的极大发展,一百多年前法拉第发现导体在磁场切割运动能发电,带领世界走向了工业化和现代化,102年前爱因斯坦推翻牛顿的经典力学,随后根据质能转换公式人们造出了原子弹。注意这里科学家都只是发现了四大基本力的一些规律,根本无法探究四大基本力的本质。科学家可以说电磁力是光子交换产生的,也可以说万有引力没有引力子,这些都是假设,因为我们看不到基本粒子,谁也不敢说我们周围有没有引力子、能量子和胶子。笔者认为这是目前基础科学的局限性所在。

试想,我们通过一定方法看到了电磁力的本质,随时随地随手都能制造出电流。我们看到了引力的本质,就能随时摆脱和利用引力,可以一步飞上天,宇宙中广阔翱翔,人类文明上升一个层级。

我期待这一天的到来。

探索宇宙到底是为了什么(探索宇宙的本质不在外太空)(3)

探索宇宙到底是为了什么(探索宇宙的本质不在外太空)(4)

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