《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第48节作者:
浅论物理 其实这些宇宙现象,已经告诉了我们还有比核能至少大10^12倍的能量蕴藏在比原子核小得多的各阶层的粒子的相互作用力间。
我们是否按如今已发现的粒子组成层次的规律,大胆地断言一下:黑洞中最终形成的就是那最小的不可再分割的“基本粒子”。自大爆炸起,它们便依质能关系式所揭示的E=MC^2的比例,由质量与能量共同组成物质。而在最初阶层的粒子间所需的结合力最大。以后按各低阶层粒子间结合力均大于下一高阶层粒子间结合力的规律,逐阶层形成质量更大的、而能量却更小的粒子;直至我们已知的夸克、原子核、原子、分子以及所有宇宙中的物质。我们称这些后来层次形成的粒子为更高阶层的粒子。
并且所有的能量也是可以用度量质量的同样标准,度量出它自己的质量。而它的质量永远只占该部分物质总质量的1/C^2(光速的平方分之一)。
宏观世界中物体中含有动能与势能。虽然它们也有一定的量,但相对于物体本身的能量来言却小到微不足道的程度,可忽略不计了。因这部分物体自身具有的动能与势能可以说是分子级的能量。再大一级的是原子级的能量。组成分子的原子体积极小。而相互间的引力是与距离的平方成反比,因而原子间有着远远大于物体分子间的能量。譬如化学能:燃烧中的热能以及丨炸丨药都是其中的一种。更大的能量 就要从组成原子的东西——原子核中索取了:即核裂变及核聚变能量。原子核比原子又要小许多,因而微粒之间的能量亦远远大于原子级的能量 。我们称之为核能。在核能中应考虑质能关系的问题了……依此类推,拥有最巨大能量的则是组成宇宙一切的基本粒子了,因为它们具有最最小的体积、间隙、比重及能量比。 在这个层次里质能关系式起着重要的指导作用。
如果黑洞中最终形成的“基本粒子”只有一种。那么将来形成的各阶层直至整个宇宙物质的,所有质量与能量都是起源于这一种基本粒子。也就是说从大爆炸始,这种基本粒子是自动酌情,严格按质能关系式的比例分别形成质量或能量;同时按比例组成各阶层所有物质。如果真是这样的话,那么相对论中爱因斯坦所说的“能量可以变成质量;反过来质量也可以变成能量”这话就是正确的了。当然,这必须在物质恢复到最原始的基本粒子的状态下才能进行全面相互间的转换。并且相互转化时质量比例不能违背质能方程式E=MC^2的关系。
我们只要找到这种最基本的粒子,那么也就意味着物理学的大统一论已得到全面完成。无论是质量、能量以及四种基本力,所有包含整个宇宙一切的物理学大统一理论可以就此画上一个圆满的句号。
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日期:2010-02-03 10:02:16
第十六章大统一论
第十六章大统一论
人类社会几千年来的文明发展史中,从公元前古希腊文化到近代17世纪自然科学发达的牛顿时代,以及现代物理量子力学的时代,人们一直在追寻着物质运动这一大自然统一的秘密;这也是物理学最基本的目的。
霍金说,如果我们确实发现了一套完整的理论,它应该在一般的原理上及时让所有人所理解。那时,我们所有人,包括哲学家、科学家以及普普通通的人,都能参加为何我们和宇宙存在的问题的讨论。
早在公元前四百年,古希腊的德漠克利特斯提出原子论,便就是物理学中最早的寻求大统一论的一个范例。原子论将整个世界归纳为是由虚空和原子构成,原子不生不灭是物质能够分割的最小的单位。弹指一挥间,这一观点整整在人世间持续了二千多年。它与两千年后创建的物质不灭定律、能量守恒定律是那么的吻合;并且与物理界孜孜不倦直到今天仍在乐此不彼地寻找的“没有内部结构的基本粒子”是何其相似乃尔。应该说时至今日它对人类正在寻求创立物理学的大统一论,仍然有着一种深远的启迪作用。物理学研究的正是物质的基本结构及物质运动的基本规律,这不仅仅是物理学的重要任务,也是整个自然科学所需要的基本理论基础。
世界是由物质组成的,随着人们认识的发展,在物质结构及其运动规律的研究活动中取得了巨大的进步。尤其是进入20世纪,物理学从经典力学升华到量子力学;爱因斯坦所发展的相对论亦为其重要组成部分。人类的视野进一步开拓到微观粒子世界及大尺度宏观宇宙领域。如今人们已经可以对小到10^(-17)米的亚核世界,直至大到150亿光年(1.439×10^27米)左右的整个宇宙范围进行研究。
物质本身具有很复杂的层次结构。物质的形成均是由较低层次的粒子,通过相互作用力的结合,而逐层次地由初级形成更高层次的物质。那么物理学就有责任,不断地将高层次的物质,逐层次地还原为更低层次的物质。以希望能找到组成一切物质的最基本的不可再分割的粒子,以及获取存在于各层次中的所有相互作用力。而这种粒子正如同德漠克利特斯所说的:不生不灭是物质能够分割的最小单位。达到这一步也就可以说人类已经真正掌握了物理学的大统一论。从此人类拥有取之不尽的巨大能量,也同时具有了创造万物的本领。
在17世纪左右,牛顿在总结前人经验的基础上,发挥性的将两千多年以来人类发展过程中所积累的物理学这方面的丰富知识;从无数繁杂理论中去伪存真、提取精华,概括性地升华创建了经典力学。这是当时整个人类有史以来最珍贵的财富;也是带给全人类智慧的一次大的飞跃。
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日期:2010-02-04 23:18:24
牛顿用微分方程,将几千年来错综复杂、杂乱无章的自然规律,就此概括在他的一系列简明扼要、严格的因果关系公式中。就此,以前那么多狂傲不驯的自然现象,如同是在牛顿的神机妙算下循规蹈矩地按其公式演化进行。就连远在天边的星球也好像是变得运行有常了,牛顿的万有引力定律准确地预言了海王星和冥王星的存在。科学家们宣称只要知道初始条件和力的变化规律,就可以完全确定粒子的运动轨迹。接着麦克斯韦包揽了电、磁和光,全部统一到他的经典电动力学中。
如此完善的经典力学和电磁理论,使得物理学家再也不用像以前那样忙得焦头烂额到处奔跑救火不及了。反倒觉得闲得慌而无所事事了。好像整个物理界竟然那么有条不紊的,按照人们预想到的在运行。19世纪末,一些物理学家终于发出了“物理学的发展实际上已经结束”的欢呼声。由此也可见物理学大统一论魅力无穷。
19世纪英国化学家道尔顿发现了组成物质分子的内部结构,对人类做出了重大贡献。不过由于他在认识上的不足,在喜庆之余将新发现的最小粒子取名为原子,实质上暗中不知不觉地替代了2000多年德漠克里特斯的古老的真正的“原子”。就此实际上也给经典力学留下了灾难性的伏笔。
20世纪物理学又发生了一场革命,从某种意义上说正是由于道尔顿的“假原子”所引发的。由于他的这个原子并不具备不可再分割的基本条件,里面竟然莫明其妙地蹦出来来历不明的更小的粒子。在当时经典力学理屈辞穷之际,爱因斯坦的相对论及量子力学相继涌出,在物理界占据主导之席。物理学新的大统一的重任,责无旁贷地落在了他们这一代新人肩上。
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