人类最先学会使用的就是光,所以人会昼行夜伏。阳光给人类带来温暖,火光可以驱赶野兽,煮熟食物,从而极大地扩展了人类的食物范围和活动区域。然而,对于光的认识,我们人类却经历了一个漫长的过程。
最初,人类认为光是从眼睛里放射出来的。后来,人们才逐渐地认识到,光来自于太阳和火,人眼只是接收光信号。真正对光进行系统的研究,是从牛顿开始的。牛顿通过棱镜折射实验,证明光是复合的,是由各种不同颜色的光所组成。而且,牛顿认为,光的本质是粒子。
然而,其他的科学家们却发现,光具有干涉和衍射现象,从而认为光的本质是波。由于当时盛行形而上学非此即彼的思维方式和机械的世界观,认为光的本质只能二选一,要么是粒子,要么则是波。于是,关于光的性质争论不休 ,一直持续了二百年。
1900年,为了消除能量的连续性所产生的紫外灾变,普朗克在其新建的黑体辐射公式中提出了一个量纲为粒子角动量的物理常数h。该常数意味着在我们的宇宙中存在着不可再分的最小粒子。因而,该粒子被称为量子,其质量和半径都是大于零的。
1905年,爱因斯坦由光电效应,证明光的本质是粒子,光是高能电子对空间粒子激发的结果。该粒子就是普朗克常数h定义的最小粒子——量子。因而,爱因斯坦称光子为光量子。
又过了二十年,科学家们发现,不仅光具有波动性,所有的微观粒子也都是波动的。因而,光的波动性不再是否认光是粒子的理由了。如果我们从二维的角度来认识,那么由于存在着物理背景,所有物体的行为会受到外部环境的影响。
比如,花粉之所以在水中具有无规运动,是因为离散的水分子对花粉的不对称碰撞。因为,花粉的体积太小了,其感受到了水的不连续性。又比如,人在闹市中穿过时,会不时地受到行人的挤撞,从而使该人的行走路线是非直线的,具有一定的随机性。
因此,微观粒子的波动性,说明存在着由最小粒子构成的量子空间。该空间是宇宙的本底物理背景,所有物体的运动都会受到量子空间的影响与束缚。于是,每个物体的外在能量具有两种不同的形式,即相对于自身的动能和相对于量子空间的势能。
或者我们可以换个角度来看问题,正是因为量子空间的存在,类似于弹簧,该空间限制了物体的运动,将其部分动能压缩为势能。如果空间密度无限大,则物体的动能全部转化为势能,该物体相对于量子空间静止不动;反之,如果空间密度无限小,则物体的能量都以动能的形式存在,从而回到了经典力学的情况。
于是,物体的质量和半径越小,其受到量子空间的束缚就越弱。等效于空间密度降低,因而该物体在量子空间的运动速度就越大。这就是光速最大的原因,光子是我们宇宙中最小的粒子。
根据有机的量子宇宙观,基态量子构成量子空间,受到激发的量子成为光子,由高能量子的运动所形成的封闭体系就是电子和质子等基本粒子。因为,卢瑟福实验已经证明了物质不实,原子的体积仅只是由电子的运动所形成的封闭体系。由于电子和质子都拥有电荷和自转,它们是有结构的,因而也是可以被继续分割的封闭体系。
总之,光的本质是由普朗克常数h定义的最小粒子——量子,光子是受到激发的量子。因此,光子既具有质量,又拥有能量。只是,作为最小粒子的光子,其本征质量在宇宙的范围内是无法转化为能量的。因此,量子(光子)是宇宙中唯一的实体粒子。而其他的粒子都只是量子的封闭体系,是量子的聚集。此外,由于存在着量子空间,任何物体的运动都会受到限制。光子是最小的粒子,因而其受到的限制最小,从而具有最快的速度。
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人类在宇宙空间生活,目前发现的和还没有发现的宇宙之谜居多,这并不是学术界的责任,也不是非要靠学术界解决一切宇宙之谜,真正能够解密未解之谜的,是全球范围内非常非常小的几个人,从古至今天体物理科学家为数不多吧,人之有生以来主要靠学习渠道学来的知识, 如果没有超越思维去探索研究,那么读书再好也不会有创新超越思维,都等于零。
目前已知地球的物理现象未解之谜分析,是有可能得到解密的。
2019.4.21
杨振宁为什么说高能物理的研究方向错了?
自始至终,杨振宁都不建议我们将研究的重点放在高能物理这个方向,即便这么多年的时间过去了,杨振宁这位伟大的物理学家也没有改变自己的意见。数百亿美元的资金不如用在其他研究领域,尤其是那些可能是未来发展方向的领域。
当然,抛去高额的研究成本不说,杨振宁先生认为目前已经不再是高能物理的盛宴,而希格斯玻色子也已经被找到。即便高能物理可能是大家比较感兴趣的一个方向,但正如19世纪和20世纪在物理学的研究内容和方法上都存在很大不同。因而,杨振宁先生认为21世纪物理学未来的发展方向也有较大概率不同于20世纪。
事实上,高能物理就是从20世纪后半世纪大火的一个方向,但这并不意味着21世纪之后的时间也是如此。杨振宁先生认为,物理和其他科学前沿已经细化出了很多方向,我们在选择的时候不仅要依托自己的能力,预估未来的前景,更要灵活大胆一些才好。
简单阐述下什么是高能物理相信对于不少人而言,高能物理和大型强子对撞机这样的词语,本身就让人感到摸不着头脑,因为鲜少有人会涉猎与此有关的信息。其实,物理学是一个拥有很多分支的学科,而高能物理学(又被称为基本粒子物理学)便是其中之一,只不过这个领域所研究的东西会比原子核的层次更深,目的是为了在特殊微观世界中的物质在结构上所呈现出的性质。
不同于我们所处的这个世界,在充满高能量的微观世界中,所有物质之间的转化关系和其中的规律都需要进行特殊研究才有可能被发现。简单点说,现在大家在高能物理学这个领域做研究,主要是为了发现新粒子,因为新材料是依托在新粒子的基础之上。说到这里,大家应该就明白了,既然新的粒子这么难找到,那就说明技术就主要体现在探测新粒子的仪器上。
关于大型强子对撞机目前,世界上能力最高、规模最大的粒子加速器,便是欧洲大型强子对撞机大型强子对撞机。大型强子对撞机可不是一种不同的机制设备,它是加速器复合体(欧洲粒子物理研究所)的最新补充,本质上则是一种为了寻找新粒子(包括微观量化粒子)才应运而生的仪器,能够实现让质子加速对撞。
不知道有多少人对林恩·埃文斯这个人有所了解,原本是一名矿工儿子的他由于特别对物理这个科学领域感兴趣,不仅拿到了著名大学的博士学位,更成为了欧洲大型强子对撞机的重要领头人。这位科学家对宇宙大爆炸尤为感兴趣,一心想要揭开宇宙中的那些未解之谜,这也是他策划创立欧洲大型强子对撞机项目的根本原因。
在过去的这数十年中,世界各地的物理学家们都在研究宇宙构成的基本粒子,以及它们之间可能发生的相互作用。因为,这样可以让粒子物理学的标准模型变得越来越完整。简单来说,这就好比是科学领域中粒子物理学上存在的诸多未解之谜,过程中会涉及到大量的实验数据,而大型强子对撞机就好比是专门收集这些数据的重要角色。
“理论上应该是会衰变的,但现在关于中微子有太多未解之谜了.欧洲粒子物理中心最近通过了一项中微子研究新计划,以期通过利用粒子加速器远程发射中微子来精确测量出它的质量和衰变率,从而进一步解释太阳中微子短缺之谜.”
中微子是会衰变的。
准确地说,不能用“冲突”两字来对比相对论和量子力学,因为相对论和量子力学是应用于比不同领域内的基础理论,同时也都是现代物理学的基础理论!一个是宏观领域,另一个是微观领域!
但是,不管是微观还是宏观世界,都属于我们真实的世界,而本身宏观也是有微观组成的,同时微观与宏观并没有明确的分界线,所以原则上微观与宏观最终应该统一成一个理论!
这也是爱因斯坦等很多科学家追求的圣杯,大统一理论!
量子力学与相对论最大的区别在于这里。相对论认为时空结构是连续的,一切事物都是可预见的,不管什么事物,只要确定了它的初始状态,根据物理定律和大自然法则推算,就可以知道事物之后的运动状态!
我们做的任何运动都是如此,比如说打网球,理论上从击球的力量,方向,空气阻力等数值(当然还有更多其他因素)就可以算出网球的落点!
但是量子世界里,即使你知道一个粒子的初始状态,你也不知道它下一步会是怎么样的,因为量子世界里一切都是不确定的,必须用概率来描述。而且微观粒子(比如光子,电子等)都兼有波和粒子的性质!
而德布罗意等科学家指出,即使我们的宏观物体也同时具有波和粒子的性质,提出“物质波”的概念,只是宏观物体的波长太短了,以至于我们不可能观察到波的特性,只能观察到粒子特性!
所以,可以预见的是,科学家一定会完全统一量子力学和相对论,这一天不会很久!
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