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真理也会成为阻碍 科学永远需要质疑 浅谈爱因斯坦和牛顿的恩怨

时间:2010-09-22

伽利略为世人打开了科学的大门,随后牛顿的研究帮助人类用物理学的角度观察世界,牛顿的经典力学解释了力的本质,在长达两个世纪的时间中都是绝对的真理

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物理学和人类的发展息息相关,在这门学科中,我们可以了解地球和宇宙的本质,剖析时间和空间的秘密,从历史上来看,大部分著名的科学家其实都是物理学家,爱因斯坦,霍金,薛定谔,牛顿等等,这些科学家的名气都可以说明物理的重要性。

伽利略为世人打开了科学的大门,随后牛顿的研究帮助人类用物理学的角度观察世界,牛顿的经典力学解释了力的本质,在长达两个世纪的时间中都是绝对的真理,甚至如今大部分普通人的世界观中一切都是按照经典力学来演变的,但是在二十世纪以普朗克和爱因斯坦为首一众科学家,颠覆了经典力学。

量子力学和相对论的出现,巅峰了人类的世界观,甚至知道今天这两个理论之间仍然不能相互解释。在20世纪前,人们都认为速度可以无限叠加,光速也是无限大,直到迈克尔逊莫雷实验证明光速不变后,人类才发现,牛顿力学并不正确。

但是在当时科学家都对这个发现保持了沉默,因为没有人敢挑战牛顿力学的权威,并且人类害怕未知,在打破了牛顿力学后,人类又应该怎么去解释宇宙中发生的一切呢?直到1900年,新世纪物理学打大会召开,提出了悬浮在物理学上空的“两朵乌云”

“黑体辐射”和“光的速度”,在这次会议上,普朗克首次提出了“量子化”的概念,帮助人类重新认识了能量并且奠定了量子力学的雏形,并且试图解释黑体辐射打开了新物理学的大门,值得注意的是这个时候的爱因斯坦不是科学家还只是一个专利局的小职员。

1905年6月30日,26岁的爱因斯坦投稿了一篇《论动体的电动力学》奠定了狭义相对论的基础,除此之外还有四篇论文,每一篇都对当时的物理界带来了巨大的冲击,同时用量子概念解释光电效应的论文帮助爱因斯坦获得了诺奖,至此困扰世人的难题终于有了答案。

毫无疑问,爱因斯坦和牛顿都是伟人,也都是不折不扣的天才,在大部分人还被时代的常识束缚时,他们的思维超越了当时数个世纪。爱因斯坦的狭义相对论是建立在前人的基础上,可以说,等待几年总会有人敢打破传统的看法,解开光速真实的面纱。

但是爱因斯坦在1916年提出的广义相对论后,人类的宇宙观被彻底改变,对引力的本质有了新的理解,引力并不是力,而是“时空的弯曲”,同时预言了引力波的存在。这个时候,量子力学也在高速发展,但是关于量子力学的研究并不顺利。

直到今天,将近一个世纪过去,关于量子力学中的问题仍然没有很好的解释,甚至人们都开始调侃,“遇事不决,量子力学”,因为人类无法解释量子的存在状态,为什么量子在没有人观察的情况下,可以两种状态共存?直到观察者出现后,才会以平稳的形态运动,不会发生变化。

我们的宇宙是否也是如此?如果没有人类这样的观察者存在,宇宙也就处于“生死之间”的状态,就像是薛定谔的猫一样,只有打开箱子才能得到答案。量子的奇妙状态在粒子身上也会出现,构成宇宙万物的基本组成部分如此神秘,不由得让人产生各种联想。

光速不变是撬动牛顿力学的杠杆,但是在量子力学中量子纠缠的速度远超光速,爱因斯坦都只能无奈地感叹量子纠缠是“鬼魅”,现代科学无法解释量子纠缠这样的超光速超远距离作用。

随着时间的发展,科技不断加强,人类却一直没有找到答案。量子力学的的神秘也就在大众口口相传中变得越来越离谱,甚至出现的“量子力学速度”这样的伪科学骗局,但是在科学领域量子力学并不是停滞不前,量子计算机和量子通信都在高速发展,这些技术都会在人类进入星际时代后提供帮助。并且依靠量子力学很多新材料出现,特别是高科技的电子元件。

最让人费解的应该是量子力学中宇宙的本质,在量子力学中宇宙并不循规蹈矩,反而一切都要看概率,唯一确定的事情就是“不确定”。海森堡在矩阵力学的研究中发现,通常在一组数据中想要让一个数据变得准确,就会导致另外一个数据产生误差,简单来说,我们在日常生活中得到的数据都是不正确的,毕竟小数点后存在无数位,我们很难得到精准的数据。

在个观点在时间和能量上同样可以适用,也可以用来解释“量子隧穿效应”,在量子力学中,微观粒子可以穿入或穿越位势垒,就算势垒要比量子高,仍然可以成功地通过。简单来说,就是一个量子想要穿过一个山洞,但是本身的能量不足以支撑它通过这个山洞,这个时候,假设山洞无限短,那么量子虽然仍然无法通过,但是通过需要的时间也相对无限缩短,这个时候能量就变得不确定了,在达到峰值后,量子就可以在瞬间通过这个山洞。

虽然理解起来很困难,也让人感觉匪夷所思,但是这样的想象真实存在于我们的宇宙中,并且有人用这个理论来解释宇宙的诞生,我们都知道宇宙是由奇点大爆炸后创造出的空间,那么这个奇点从何而来?

在奇点大爆炸之前,是没有“时间”概念的,也就是“永恒”,我们都知道在无限的时间下,任何事情发生的概率都是无限大,在永恒的黑暗里一个无限短的时间间隔中,因为时间无限短,那么能量的波动就相对变得无限大,突然能量发生了爆炸,炸出了一正一反两个宇宙,相加仍然等于零,对于原本的虚无来说什么都没有发生,但是我们的宇宙却从黑暗中出现,这就是用量子力学的测不准原理推测宇宙诞生的结果。

显然这个观点只是猜测,也没有太多的证据证实,毕竟人类对量子力学还存在太多的疑惑。如今的科学家都在盼望大一统的理论出现,但是人类面对无穷尽的宇宙,真的可以寻找到真正的“大一统”理论,来解释宇宙的本质吗?科学的脚步不会停止,随着时间的推移只会遇到越来越多的困难。

当人类的舞台从地球转移到宇宙时,出现疑惑是正常的,站在地球上就想解释一切,就如同井底之蛙。在遥远的未来,人类可以遨游宇宙后,或许才能找到一切的答案。

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