整个宇宙是由一个基本粒子构成的吗?根据固体量子理论初步。

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还剩 5 秒&  宇宙仅由四种最基本粒子构成的假说  本人认为宇宙既没有起源,也没有终结。  那么宇宙是如何创造万物的呢?我们看到的一切都是由物质,也就是由已知的原子和分子构成的。本人认同爱因斯坦的宇宙万物有统一的起源的观点,即宇宙中的每一样物质必定是被同样的基础成分所组成,演化自更原始的、简单的、共同的来源和运动规律。  构成宇宙的最基本粒子是构成物质的最基本的、不可再分的单元。它们是既不能产生,也不会消灭的粒子。 本人通过学习研究认为要像正、负电子那样不可再分割的,不会再衰变的、不会改变形状的,不会变味的粒子才是构成宇宙万物的最基本的粒子。2015年诺贝尔物理学奖得主阿瑟-麦克唐纳和梶田隆章的实验发现的中微子状态改变的现象,所以本人认为中微子还不是最基本粒子;人们发现的基本粒子已达300余种,"夸克模型"中的夸克也由3种发展到了6种它们的名字是上夸克、下夸克、奇夸克、粲夸克、顶夸克和底夸克,而且每种夸克还有3种颜色。令人遗憾的是自从"夸克模型"问世后,捕捉夸克的兴趣虽然使不少人为之日夜操劳,奋斗不息,但迄今为止还没有一个夸克被直接从强子内部捕获到。根据夸克模型:夸克还能通过弱相互作用,由一种味转变成另一种味,而夸克(或反夸克)之间的相互作用是通过交换胶子来实现的; 因此夸克模型里的夸克并不是最小的粒子,里面还有更小的粒子——胶子;另外,较重的夸克很快就会衰变,况且还有如四夸克粒子(qqqq)及五夸克粒子(qqqqq)仍在理论阶段,它们的存在仍未被证实。虽然,1979年诺贝尔物理学奖获得者温伯格和萨拉姆等以夸克模型为基础,完成了描述电磁相互作用和弱相互作用的弱电统一理论。但到目前为止,科学家们仍无法把强相互作用和引力相互作用也统一进来。 因此夸克模型还不能解释原子核的结构。  本作者认为构成宇宙万物的最原始的不可再分的最基本粒子只有四种,它们分别是:1、冷粒子(以太或虚粒子);2、希格斯玻色子(上帝粒子、胶子或磁粒子);3、正电子;4、负电子。宇宙万物都是由这四种基本粒子的重新安排、组合和叠加创造出来的,如创造出星系、恒星、行星、地球、元素、粒子、反物质、光子、电、热、电磁波、能量及暗能量,还有生物等。  一、冷粒子的宇宙模型及作用的假设:  在星际空间的深处,那里的温度是绝对温度3度(3K),即只比绝对零度高3度。表明宇宙里充满着异常寒冷的宇宙原始气体。  ㈠、冷粒子的宇宙模型的假设。  1、它是均匀的充满宇宙的具有弹性的、无色、极透明(透明到我们根本看不见它的存在)的、各向同性的、单一存在的、没有质量的虚浮粒子。是宇宙空间中最多的重要构成成分;2、它携带冷源,冰冷异常。它的温度是摄氏-273.15度,即开氏温标绝对温度的零度,因此它们构成了非常寒冷的宇宙原始气态;3、它既不会反射光线、也不会吸收或发射光线,光线通过不会影响它们的性质,没有光线通过时它们非常黑暗;4、它可能完全不参与宇宙中所有的有形物质的组成,因此,它们相对于我们的物质世界来说,它是没有质量的。因此,物质本身并不会衰变为冷粒子。因此它比其他常规我们目前已知的物质更加“虚浮”,因此它可能就是宇宙中的虚粒子。6、它是相对静止的,不参与任何物质运动,因此它可能与17世纪的R笛卡儿认为的以太近似。  ㈡、冷粒子在宇宙中的作用的假设:  1、创造了浩瀚的宇宙空间的假设  由于它充满宇宙(以太“海洋”),它在宇宙之中无处不在,它可能占宇宙空间的80~90%或以上,它均匀分布在宇宙的每一个角落。因此它们各处的密度、压力及压强几乎是处处相等的,它们不但占据着我们所知的全部真空,还能凭借自身的压力全方位渗透到我们所知的全部的物质世界里面,因此物质中的冷粒子与真空中的冷粒子在密度和弹性方面并无区别。 因此是它们创造了浩瀚的宇宙空间。  2、它们是宇宙中所有物质及物质运动的承载体系的假设  假设天体运动需要充满太空的冷粒子来作载体。那么宇宙中所有天体、星系及尘埃云、分子、原子、粒子、光子等等有形物质,均在由它们构成的浩瀚的宇宙“海洋”之中游弋。由于它们是没有质量的虚粒子,因此对天体的运动几乎不显示阻力。由于它们在宇宙中的密度及压力几乎是处处相等的,所以各种星系、天体等都能在各项平行的宇宙环境中飞行。如果宇宙中没有冷粒子体系的承载,所有的星系、天体等都会坍塌挤在一起。如果把冷粒子体系比喻成水,那么,星系、天体及尘埃云等就是水中的鱼、虾等生物和微生物;如果把冷粒子体系比喻成空气,那么,星系、天体及尘埃等就是在空气中飞行的飞机和云雾。从天文学家拍摄的星云图片,如蟹状星云、猎户座内的马头星云等,我们可以看到它们的形状在宇宙中会维持相当长的一段时间,这表明它们在真空中不能无限扩散,原因是:1、除了它们自身的引力束缚外,另一个主要原因是它们在压力均等的各项平行的冷粒子体系的包围之中,提示冷粒子体系的存在。  3、冷却宇宙中所有的物质的假设  冷粒子通过全方位渗透的方式很有效地把携带的冷源向宇宙中的物质传递,以达到降温的作用。由于极冷的冷粒子充满宇宙,所以整个宇宙本来就是极冷的;所以远离恒星及星系中心的宇宙空间及行星、暗星等都是极其寒冷的。  4、冷粒子的运动是完全被动的的假设  由于假设冷粒子是相对静止的,它不参与任何的物质运动,因此自然界中的四种力:电磁力、强力、弱力和引力均与它无关。但它们在这四种力的拖拽下,在这些作用力范围内外的部分冷粒子会受到扰动或慢速前进、或形成漩涡等。  1817年,菲涅耳进一步假定,以太静止在自由空间和不透明物体中;同时推导出在透明物体内,以太以小于透明体运动速度的一定比率(此比率与透明体物质的折射率相关,并被称为菲涅耳系数)而运动。菲涅耳的推论被法国物理学家A.斐索在1815年的实验所证实。菲索在这实验中测量了光在水流中的速度,得出水中的以太只是部分被拖曳而慢速前进。其拖曳系数与菲涅耳的推导一致。但在空气中,以太被大多数物理学家看作是静止的。
  5、是宇宙中所有波动的媒介的假设  笛卡儿认为物体之间的所有作用力都必须通过某种中间媒介物质来传递,不存在任何超距作用。因此,空间不可能是空无所有的,它被以太这种媒介物质所充满。以太虽然不能为人的感官所感觉,但却能传递力的作用,如磁力的作用力。  我们知道声波的传播需要空气介质,电磁波属于一种振动,声、光、热力,都属于振动,因此电磁波在宇宙中的传播也需要介质,因此推测宇宙中应该充满传播电磁波的介质,如果把冷粒子当作一种虽然看不见,却无处不在的可 传递物质作用或运动形态的媒质。使电磁波得以在由它们构成的宇宙海洋中穿梭。因此推测它是虽不发射任何光及电磁辐射,但它是光及电磁辐射传播的介质。  6、电磁辐射所携带的热量在穿越真空时会衰减的假设  由于假设冷粒子是很冷的,所以光及电磁辐射所携带的能量在低温的它们当中穿梭时会衰减。例如我们的地球距离太阳不太远也不太近,太阳辐射的光及电磁波所携带的能量在途中衰减到了地球时,导致地球表面目前年平均温度在15℃左右, 刚刚好是适合生物生存的温度。金星距离太阳比地球近,是颗炙热的行星,表面的温度超过400°C;火星距离太阳比地球远,火星上的平均温度大约为218K(开尔文,温度单位,即从绝对零度-273.15℃开氏的摄氏度)(-55℃,-67℉)。由于火星的轨道是椭圆形。因此,在接受太阳照射的地方,近日点和远日点之间的温差将近160摄氏度。这对火星的气候产生巨大的影响,具有从冬天的140K(-133℃,-207℉)到夏日白天的将近300K(27℃,80℉)的跨度。根据上述几个简单的数据表明:太阳辐射的光及电磁波所携带的热量在穿越真空时会衰减。  7、冷粒子体系是黑暗的的假设  白天的天空各处都是亮的;航天员在大气层外飞行时,尽管太阳的光线耀眼刺目,而其它方向的天空都是黑的,甚至可以看见星星。这是为什么?为什么大白天的天空会是这样黑暗呢?这是因为地球表面物质及大气层中的各种物质既可吸收光线又可反射光线,它们因吸收了太阳辐射的光线或因反射太阳的光线而发光,因此地球大气层内的白天各处都是亮的;而假设真空中的冷粒子体系是既不会吸收光线、又不会反射光线,更不会发射光线的粒子,因此天空各处都是黑暗的。  8、我们的目光能穿越很遥远的冷粒子体系的假设  由于假设冷粒子是极其透明的没有质量的虚粒子,所以人们的视线可以在黑夜中穿越它们看见很遥远的星星(星系、恒星等)。因此,从这个观点分析,我们的肉眼、望远镜、天文望远镜以及哈勃望远镜等等所观察到的天体或星系,是直接观察到的,并不存在遥远星系的光以光速传递到地球的说法,更何况这些光在中途早就衰竭了根本来不到地球。  二、宇宙万物仅由三种基本粒子构成的假设  上面假设冷粒子可能完全不参与宇宙中所有的有形物质的组成,是没有质量的虚粒子。所以组成宇宙的是四种基本粒子,而宇宙万物则是仅由三种基本粒子构成的。这里希望各位读者理清楚宇宙和宇宙万物的区别。  ㈠、负电子是构成物质的最基本粒子之一  电子(负电子)是科学家汤姆孙于1897年最早发现的粒子,也是最常见的粒子。它质量极小,是无法被分解为更小的粒子。是一种带有负电的亚原子粒子,是构成原子的基本粒子之一,物质由分子、原子组成,所以,负电子是构成物质的最基本粒子之一。  电子带有1/2自旋,带负电,电子所带电荷约为- 1.6 × 10-19库仑,质量为9.10 × 10-31 kg (0.51 MeV/c2)。通常被表示为e-。  根据自由电子可以在金属导体中穿行,及直线电流周围的磁力线分布是一些以导线上各点为圆心的同心圆的两个物理现象,本人推测电子的物理模型,可能是具有弹性的、表面滑溜溜的、没有中轴孔的、透明的球体状粒子。  ㈡、正电子是构成物质的最基本粒子之一  1930年,物理学家狄拉克在他的狄拉克方程预言了一种新的电子——正电子, 1932年美国物理学家安德森在宇宙射线的研究中发现了正电子,这也是人类发现的第一个反粒子。通常被表示为e+。第二年,安德森又用γ射线轰击方法产生了正电子,从而从实验上完全证实了正电子的存在。从此以后,正电子便正式列入了基本粒子的行列。   正电子是与电子(负电子)的质量、寿命、自旋严格相等,而弯曲方向却正好相反的反粒子。它带有与电子相同等量的正电荷。正电子与负电子一样是无法被分解为更小的粒子,因此,是构成宇宙物质的最基本粒子之一。  根据磁体的磁力线分布状况,本人推测正电子的物理模型,可能是具有一个很大的中轴孔的球体状的、具有弹性的、透明的粒子,孔的一端为北极、孔的另一端为南极。  ㈢、追寻希格斯玻色子  希格斯玻色子(英语:Higgs?boson),别称上帝粒子(God?particle),是粒子物理学标准模型预言的一种自旋为零的玻色子。它是标准模型中最后一种未被发现的粒子。它可以帮助解析为何其它粒子会有质量。日,美国能源部下属的费米国家加速器实验室宣布,该实验室最新数据接近证明被称为“上帝粒子”的希格斯玻色子的存在。日,该实验室确认上帝粒子的存在。  1、组成胶子的粒子可能就是希格斯玻色子  目前,实验上还没有直接观察到自由状态的夸克和胶子, 但1968年电子对质子的深度非弹性散射实验中,显示质子中有着点状结构,质子的能量只有一半由带电的点状物质所携带,另一半则由中性的无电磁作用的组分所携带。按照夸克模型,这带电的点状结构是夸克,中性的组分就是胶子,实验结果提供了可能存在胶子的迹象。1979年9月,丁肇中在高能正负电子对撞实验的三喷注现象中发现了胶子存在的事例,为胶子的存在提供了证据。由于胶子存在于质子(原子核)之中,所以很明显的提示了胶子是构成原子核的基本粒子之一。  根据质能关系式,在原子核里的物质质量即能量,能量即质量,于是本人认为构成原子核的基本粒子之一——胶子或是组成胶子的粒子,可能就是人们苦苦追寻的构成宇宙万物的质量(能量)的最基本粒子——希格斯玻色子(文章后面全部简称上帝粒子)。  2、原子核的质量就是密集的电磁波的假设  我们知道原子核集聚着巨大的能量,那么,原子核为什么会蕴含巨大的能量呢?这含能量的物质是什么呢?  一个放射性元素发生原子核的裂变或衰变时,除了释放粒子外,它们都有一个共同的特点:就是原子核的能量变低了。根据爱恩斯坦的质能关系式得知,原子核发生裂变或衰变时,除了释放出粒子,还释放了(即减去了)含能量的物质,我们知道,电磁波是能量的载体,所以,原子核减轻了的物质就是电磁波。我们还知道,原子弹爆炸时能量是以电磁波的形式释放的。所以可推导出,原子核的质量就是密集的电磁波。质能转换时,质量转换成大量的电磁波辐射到原子核的外部空间。如果我们把电磁波比喻成市场上流通的货币,把原子核比喻成货币的库房--银行,银行里的货币是扎扎实实的扎成一叠一叠的、然后是一捆捆、一箱箱、整整齐齐的存放的;这样我们不难理解,原子核就是电磁波的银行,原子核里集聚着巨大能量的物质就是密集堆放的电磁波。原子弹爆炸时释放大量能量,相当于银行把库存的货币放量抛撒一样。因此,原子核承载能量的物质(即质量)就是密集的电磁波。因为一切物质都是由原子和分子构成的,而原子核却占据了原子的大部分质量,由此可推测电磁波就是构成宇宙万物的质量(能量)之源。  3、电磁波可能是由上帝粒子组成的假设  电磁波是由什么基本粒子构成的呢?根据上面推论原子核里承载能量的物质(即质量)就是密集的电磁波,加上质子(原子核)中的中性成份——胶子的科学发现综合提示:电磁波可能是由胶子组成的,这样,上帝粒子可能就是胶子。如果胶子还可以再分割的话,那么组成胶子的粒子就是上帝粒子。如此可推测,上帝粒子可能是构成宇宙中所有电磁波的最基本粒子。因此上帝粒子也可称为磁粒子。同时也是构成宇宙万物的质量(能量)之源。  4、上帝粒子的物理模型的假设  本作者的希格斯粒子的物理模型与标准模型中的希格斯粒子的物理模型是不一样的。  本作者的上帝粒子的物理模型是:1、它是无色的、极透明(透明到我们根本看不见它的存在)的、富含弹性的、可伸缩膨胀的、质量比正或负电子轻很多的、圆形或圆柱形的粒子;2、它是不带电的;3、在电场中它具有磁性的两极(南极和北极),这两极之间存在异性相吸、同性相斥的特性;4、在电场中这磁性的两极可瞬间通过异性相吸的特性吸收四周的上帝粒子黏接成串形成回路;5、它周身都是不具黏性的,而且在电场中,除异性两极以外的周身都是互相排斥的;6、它会吸热和放热、而且具有热软冷硬及热胀冷缩的特性。7、它可能是构成磁力线的粒子。7、它可能是宇宙中组成所有的有形物质及暗物质的重要成分之一,上帝粒子充斥于星系、天体、尘埃云、分子、原子及所有的亚原子粒子之中。它占据宇宙中物质世界(不包括真空)的95%以上。它是宇宙中所有物质、物质的质量及能量等起源的粒子。8、它是形成自然界中的四种相互作用力:电磁力、强相互作用力、弱相互作用力和引力的最基础粒子。9、它是组成暗物质的最基本粒子。  参考资料来源于好搜百科等。
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  楼主居然弄出个冷源,呵呵呵~~~~
  @洪飞多
13:47:35  楼主居然弄出个冷源,呵呵呵~~~~  -----------------------------  有什么不同的看法?欢迎指点。
  呵呵。文译论题方向不错,附,宇宙不止这几种基本粒子。没进过宇宙,作为探究,自当也无不可。
  证明上帝就是你,获得的比一篇文章多。
  @枫秋雨夜316
01:15:26  呵呵。文译论题方向不错,附,宇宙不止这几种基本粒子。没进过宇宙,作为探究,自当也无不可。  -----------------------------  宇宙虽不止这几种基本粒子,但这是构成宇宙的最基本的粒子,虽未没进过宇宙,但我们就生活在宇宙的一隅,即身在其中。
  @我入地狱-11 02:32:48  证明上帝就是你,获得的比一篇文章多。  -----------------------------  我是人,只想了解宇宙而已。
  @枫秋雨夜316
01:15:26  呵呵。文译论题方向不错,附,宇宙不止这几种基本粒子。没进过宇宙,作为探究,自当也无不可。  -----------------------------  本人认为目前发现的所有的基本粒子都是由这几个的最基本的粒子构成。
  如果科学只能到今天的地步那么你的猜测还很有可能是对的,不过现在的科学只不过是个婴儿,所以说现在所发现的这些东西以后都会得到颠覆,就像爱因斯坦颠覆时间一样,在中国深究这些是没有意义的,中国政府不需要真正的高科技。
  @泪雨纷纷-11 13:28:22  如果科学只能到今天的地步那么你的猜测还很有可能是对的,不过现在的科学只不过是个婴儿,所以说现在所发现的这些东西以后都会得到颠覆,就像爱因斯坦颠覆时间一样,在中国深究这些是没有意义的,中国政府不需要真正的高科技。  -----------------------------  没关系,等待能证明一切的日子。
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······电子生性诡异,既粒子又是波
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组成物质的基本粒子具有波粒二象性,既是粒子又是波
生活在日常的现实中,我们对宇宙和物质运动规律的许多认识是错误的。在本期的“特别策划”栏目里,几位科普作家将带着你作一次改变人类日常经验的旅行。
组成物质的基本粒子具有波粒二象性,既是粒子又是波
生活在日常的现实中,我们对宇宙和物质运动规律的许多认识是错误的。在本期的&特别策划&栏目里,几位科普作家将带着你作一次改变人类日常经验的旅行。
你有没有想过:为什么我们未曾见过一件事&倒序发生&呢?例如,一只掉在地上打碎的玻璃杯,为什么不能还原成原来的形状,重新回到饭桌上呢???
科学家说,我们熟知的三维空间或许只是海市蜃楼,过去、现在和未来并没有区别??
莫衷一是的观点,开启了全新世界的可能性。在原子和粒子的微观领域&&量子领域,一些基本规律超越了人类的想象,例如,粒子并不喜欢被束缚在一个位置,而是像孙悟空一样,可以同时身处多处。量子力学与至今所有的实验结果之间并无矛盾之处,它到底揭示了些什么?让我们在量子的虚幻与真实之间来一次&量子跃迁&吧。
电子是一种奇异的东西,是概率波。波在任意位置的强度,代表着电子在那里出现的概率&&波最强的地方,并不是电子最多的地方,而是电子最可能出现的地方。你不能够问:&电子现在在哪里?&你只能问:&如果我在这个地方观察某个电子,那么它在这里的概率是多少?&这可真让人抓狂。当你掷出一颗电子之后,你便无法预测它会落在哪里,但是你能用方程式来算出它落在各处的概率。
数千年以来,人类一直试图解开宇宙和世间万物运动和变化的奥秘。至今人类已经归纳出了几套定律,能清楚地说明星系、恒星与行星以及宏观世界里物体的运动。然而现在我们知道,在微观的层面上,事情并没有这么简单,因为人类又发现的几套革命性的新规律彻底改变了我们对宇宙的看法。这些新规律叫做量子力学。
量子力学主宰了各种物体中的原子和微粒子,包括恒星和行星,岩石和建筑,甚至是你和我。我们在日常生活中并未感受到量子力学的奇异之处,但是在原子及其内部的粒子层面,主宰微观世界的量子力学定律与那些主宰日常物体的定律却是大相径庭的。要是你对它们有些许了解,你看待世界的眼光便会大大改变。
常人几乎无法想象当物体小到最小的尺度时,事情会变得多么诡异。在量子的世界里,物体似乎并不喜欢被束缚在单一的位置,或者只沿着某一个路线运动;不仅如此,如果你是一个量子的话,你的所作所为可以瞬间影响到远方的某处,即使远方那边根本没有人在操纵。一个人若是如同原子中的粒子一般运动,那么在大部分的时刻,你将无法得知他的确切位置,取而代之的是他几乎无处不在,直到你观察他。
我们怎么会相信这种听起来十分荒谬的理论呢?那是因为在过去许多年里,科学家利用它来预测原子和粒子的行为模式,经过了无数的实验,证明了量子理论总是对的。
量子效应在微观的尺度下是较为显著的,比如在单个原子的尺度。不过,既然你我都是由原子组成的,世界上所有的东西也都如此,所以这些诡异的量子定律肯定不只能解释微小的事物,也能解释现实世界的一切。这些诡异多端、与我们的日常认知大相径庭的定律是如何被发现的呢?
使行星绕太阳运动的法则是什么?被抛出的球如何划过天空?池塘中水波的涟漪又是如何运动的?&&这些问题早已被&经典力学&所解决。牛顿和同时代的科学家建立起来的经典力学,看上去完美无缺,它能让我们准确地预测物体的运动。直到百年前,科学家们才开始努力着想要解释光的一些异常性质,尤其是气体在玻璃管中受热时释放出来的光。当科学家透过棱镜观察受热气体所放出的光时,他们看见了从未预料到的东西&&光形成了一些条纹。这些条纹所呈现的并非像是彩虹那种完整连续的光谱,而是像用铅笔画出来的一道道的单色光,只有特定的几种颜色。
对于这些神秘的彩色条纹颜色的解释,牵涉到几位原子物理学家。在20世纪初期,他们正在努力了解物理世界的根本规律,其中最具洞察力的观点是由丹麦物理学家尼尔斯&波尔(Niels Bohr)所提出的,他喜欢在打乒乓球的时候讨论新想法。波耳深信问题的答案就在物质的核心,即原子结构中。他认为原子就像是个小太阳系,由小得多的粒子&&电子绕着原子核运转,就跟行星绕日差不多。但是波尔认为,与太阳系不同,电子并非能在任意轨道上运转,只有若干条特定轨道是被允许的。他有个非常惊人而且违反物理学直觉的想法,那就是只有某些状态的轨道能被电子所占有。波尔称电子在原来的轨道上运行,并不会发出或吸收光;只有电子从一个轨道跃迁到另个轨道时,才会接受或发出光。倘若电子从原子外层的轨道跃迁到内层的轨道(也就是向下跃迁),则会以特定波长的光释放出能量。这种跃迁称为&量子跃迁&。如果没有量子跃迁,而电子可以在原子内部任意空间位置之间移动的话,你就会看见有连续的光谱出现。但我们在实验室里见到的可不是这样,我们看到的是明显的红色、绿色,等等。量子跃迁便是这些色带的来源。
量子跃迁之所以令人感到惊奇,是因为电子能直接从一个轨道移到另一个轨道,而不需要经过两处之间的空间,就像是火星突然跳到木星的轨道上一样。波耳指出,量子跃迁源于电子的一种诡异性质,即电子的能量是&可分包&的,而每个包不可能再被分割。这不可再分割的最小量称为&量子&。这就是为什么电子只能够占有特定的轨道,只能在这里或那里,而不能够呆在&中间&。这与我们日常生活中的常识截然不同。
想想你的日常生活,你进食的时候可曾想过食物是量子化的?食物并非是量子化的,但是在原子中,电子的能量却是量子化的。为何如此?虽然这听起来很神秘而难以理解,可是证据很快就出现了,证明了波尔是对的。
波尔的发现改变了一切。有了对原子的新诠释,波尔和他的同事们发现他们与传统的物理定律有着很大冲突。很快地,波尔激进的观点使他陷入了与另一位伟大物理学家的&白刃战&。
相对论之父阿尔伯特&爱因斯坦并不畏惧新想法,但在上世纪20年代,量子力学的世界开始朝着这位物理学巨匠不愿看到的方向发展。也就是说,古典物理学标榜一切都是可预测的,这与量子力学产生了分歧。要是你问爱因斯坦或其他同时期的物理学家:由各种理论所组成的物理学的卓越之处究竟在哪里?他们肯定会说:它可以让我们准确地预测物质的运动。而量子力学似乎把那些定律的根基抽走了。
著名的&双狭缝实验&,充分展示了量子的神秘之处&&如果你想要完全精确地描述这个世界,你的期望将被完全粉碎。双狭缝实验究竟对当时的固有观念造成了多大的影响,我们可以通过对比实验来增进对它的了解,一个在宏观尺度下,另一个在微观尺度下。想象在球馆里打保龄球,但首先在球道上安放一个双缝栅栏,并且在球道的终点放一个屏幕。当球滚过球道时,要么会被栅栏挡住,要么就从其中一个栏缝穿过,然后击中后方的屏幕。微观尺度的双狭缝实验就跟这个差不多,只是把保龄球换成了小上几十亿倍的电子。不过,当电子被掷向双狭缝时,奇怪的事情在屏幕上发生了,电子不仅击中了保龄球的那两个区域,而且几乎遍布了整个屏幕,形成了一些条纹;即使在那些你认为被阻挡了的区域,也都有着条纹。这到底是怎么回事?
对于上世纪20年代的物理学家来说,这些条纹只代表着一个东西,就是波。波可以做到一些有趣的事情,而保龄球却做不到。波可以分离,也可以结合。如果我们把一道波送到双狭缝去,它将一分为二,然后那两列波会彼此相交;当两列波互相重叠的时候,有些地方会增强,有些地方会削弱,在有些地方它们甚至会彼此相消。将水波的高度对应成屏幕上的亮度的话,波峰与波谷也会形成某种条纹,一般称之为&干涉条纹&。那么身为粒子的电子是如何形成条纹的呢?单一电子是如何能够像波动般运动的呢?
粒子是粒子,波动是波动。粒子怎么会是波动呢?除非你摒弃了它是粒子的想法,然后幡然顿悟:我以为是粒子的这东西,其实是个波动!
上世纪20年代,当双狭缝实验第一次被做出来的时候,科学家们努力想了解电子的这种似波的行为。有些人猜想,当电子在运动的时候,也许会展开成波动。奥地利物理学家埃尔温&薛定谔(Erwin Schr&dinger)找出了一条可以描述它的方程。薛定谔认为这种波动其实就是电子的延伸,电子因为某种原因淡化了粒子性,不再只占据一个点,而是糊开了。这种说法引起了诸多争论,最后,德国犹太裔物理学家马克斯&波恩(Max Born)为&波函数到底代表着什么&提出了革命性的新想法。波恩说,那才不是糊开的电子,它也不是科学所面对过的任何事物,而是一种奇异的东西,那就是概率波。也就是说,波在任意位置的强度,代表着电子在那里出现的概率。波最强的地方,并不是电子最多的地方,而是电子最可能出现的地方。
这不是很奇怪吗?电子就好像存在于一片概率丛林中。你不能够问:&电子现在在哪里?&你只能问:&如果我在这个地方观察某个电子,那么它在这里的概率是多少?&这可真让人抓狂。虽然这听起来很奇怪,可是这种描述粒子运动的新方式是正确的。当你掷出一颗电子之后,你便无法预测它会落在哪里;但如果你用薛定谔方程来算电子的概率波,你就可以准确地预测;如果你掷出足够多的电子,你就能够算出它们落在各处的比例,例如,会有33.1%落在&这里&,7.9%落在&那里&,等等。这些预测已经一次又一次地被众多的实验所证实,量子力学的方程式因而表现出了惊人的准确性。而这所有的一切,都只是概率的问题。
如果你认为用概率来思考就跟胡乱猜测没两样,那么你应该去看看澳门的赌场。你亲自来玩玩赌博游戏,便可知道概率的强大威力。举例来说,你押20元赌一盘,庄家并不晓得你到底会在这盘赢还是在下一盘赢,但是他知道你赢钱的概率,尽管你可能赢得一时,但时间一长,庄家赢的总会比输的多。庄家并不需要知道单场游戏的结果是什么,但是他可以笃定地相信,几千场赌局下来,他肯定能赢钱,并且他所预测的结果十分精确。
根据量子力学,这个世界本身也是个概率游戏,宇宙中的所有物质都是由受到概率所规范的原子以及亚原子粒子所组成的。由于这种观念相当违反直觉,所以有些人难以接受它,爱因斯坦也是其中之一,他说:&上帝不掷骰子。&虽然爱因斯坦不喜欢概率,但其他许多的物理学家并不那么对此感到不安,因为量子力学的方程式能够以惊人的准确度预测一群原子或粒子的运动模式。
观测与决定论
量子力学理论有着极其神秘的一面,例如&观测&。波尔认为观测会改变一切:在你测量或观察粒子以前,它们的状态是未定的&&例如在双狭缝实验中的电子,在背后的屏幕显示出电子的位置以前,它似乎能以各种概率在不同位置上存在;直到你观察它的那一瞬间,这种不确定性才会消失。根据波尔对量子力学的诠释,当你对粒子展开观测时,&观测&的行为迫使粒子放弃那些所有它可能存在的位置,然后选出那个被你发现的位置。也就是说,是&观测&的这个动作迫使粒子作出了选择。
波尔接受了大自然本身就是捉摸不定的观念,但爱因斯坦可不,他恪守着决定论观念,认为物体不只在被观察的时候才遵守决定论,而是在任何时候都遵守决定论。正如爱因斯坦所说的:&月亮是否在你看着它的时候才存在?&这就是爱因斯坦所苦恼的:我们真的认为宇宙中的一切事物只与我们有没有看见有关系吗?这太奇怪了。爱因斯坦深信量子理论里肯定少了点可以确切描述粒子状态的东西,比如它们的位置,即便没有人观察它们。爱因斯坦认为这是理论物理学家应该解决的问题&&并不是物理学有误,它只是还不够完备。
对于量子世界的认识,我们无疑是在不断进步,但我们不能忘了,这个理论的核心仍然有很大的空洞。为什么量子世界中的物质能停留在不确定的状态,看起来既在这里又在那里,有如此多的可能性,而你我虽然是由原子与微粒子所组成的,却只能停留在一个确定的状态,我们只能在这里或在那里?
波尔没有对为什么当物体的尺寸增加后便失去量子效应作出解释。虽然量子力学已被证明是又强大又精确,科学家们却还在为这个问题头疼。有些人认为在量子力学的方程中肯定少了点什么,方程中缺失的部分会在渐变到宏观领域时将数量改变,使一切变得明朗,除去现实之外的可能性,归结到一个决定的事实。其他物理学家则认为,在量子层面展现出的所有可能性是不会消失的,每种可能的状态其实都会存在,只是它们大部分会发生在与我们平行的宇宙中。这是个发人深省的想法,现实的确可以超越我们所看见的宇宙,同时也在不断地创造分支,生成同步、全新的世界,让每一种可能性都有戏份。
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[责任编辑:杜苗]
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