《一位老工程师的前沿物理科普贴》
第51节作者:
浅论物理 前面说到了,至今为止物理学大统一理论不仅未能获得成功,并且各自在内容上也都是不全面的。爱因斯坦耗尽其后半身40余年精力而未获成功的统一场论,仅仅是关系到电磁场和引力场的统一理论,该理论中没有包括另外两种力——弱力和强力。另外有一类叫做大统一理论,其内容却并不包括有引力。为什么不含有引力呢?因为引力太弱了,探测困难是其表面上的理由;而量子理论中对引力根本没有给以定义、或者可以说没有涉及引力是其实质性的原因。量子理论将引力入了另类——广义相对论中去了。引力已确实仅在广义相对论中有定义,但是整个相对论中却又不包含其它三种力——电磁力、弱力和强力。不仅仅如此,广义相对论在给引力定义时使用了几乎与量子理论格格不入的语言,给了它一个令人难以理解的几何性质的定义,这也正是在物理界许多人迟迟不敢苟同的原因。这也是引力与其它三种力迟至今日一直未能很好融会贯通的原因,更不用说大统一了。1974年霍金开创了量子引力论的研究,还没有得到一个成功的理论。
我们所说的物理学大统一理论应该包括哪些内容呢?首先,毫无疑问的是,它必然包含有引力、电磁力、弱力和强力这四种力统一的理论,缺一不可。否则至多是一种中间过渡性应用的理论,而决谈不上终结性的大统一的问题。
另外它还必须是包含有宇宙中一切物质的理论,仅仅是适用于目前人们已探知的从,10^(-17)米到150亿光年范围仍然是远远不够的,通俗点讲,大统一理论必须是适用于从物理界的无穷小到无穷大的所有宇宙物质。以前所出现的所有统一理论都仅仅只涉及到力,也就算是能量的一部分领域而均未涉及由质量组成的物质领域,这个欠缺就太大了。大统一理论必须能揭示出从最小的物质、直到最大的宏观宇宙空间物质所有的运动规律,从无穷小到无穷大的物质若有共同的运动规律就将该规律揭示出来。就如同牛顿力学正确反映了所有当时已知的,世界中从我们身边可见的最小物质直到宇宙天体所共同具有的运动规律一样。如若微观世界中从分子、原子、质子、夸克直到最小的“基本粒子”,也同样服从牛顿力学定律、定理的话,可以予以证实。如若微观世界或宏观宇宙另有其它运动规律的话,则应在大统一理论中阐明它各自的运动规律。
在人类的认知水平有限而暂时无法证实微观及宏观物质新运动规律予以补充的情况下,并没有什么具有充分说服力的证伪的情况下就武断地排斥牛顿力学的适用性,而予以否定是不应该的。这很可能会使物理学的研究陷入误区。
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结果“中子”出乎意料的跃出,使物理学家不得不再次缄默了。所以说前面提到的各种大统一理论均是在明知基本粒子还没找到的情况下,争先恐后地定论各自的大统一,本身就是先天不足、没有基础的;得不到结论也尽在情理之中。
但是我们现在讲的或将来能实现的大统一理论,同样必须建立在能揭示所有物质结构的基础上的。也就是说该大统一理论必须能正确认定出最小的基本粒子,及其所组成各阶层物质的结构规律,全面反映从基本粒子及各阶层组成物质的质量、能量的情况与性质。如果还存在有未知数那只能算是不完善的中间理论,谈不上什么大统一理论的问题。物理学大统一理论,必须是能对整个宇宙的全部物质,即一切含有质量及能量的物质,全面正确地揭示其所有结构、性质的科学,而不允许存在任何局部的未知领域。也只有这样的理论才有可能全面、完善、正确地指导人类在大自然中的活动实践。
大爆炸理论下的物理界的大统一理论该是如何的呢?从黑洞中大爆炸的奇点开始,在无声世界中,无限质量、无限能量随天崩地裂、突涌而出射向四面八方,宇宙就此诞生了。浑沌年间这些完全来自奇点中的最原始的基本粒子,开始逐阶组成新的微粒,而原先在奇点中是它们一统之天下别无它物。在极大的压力、极高的温度下,巨大的能量捕获着基本粒子形成最初级的粒子。同时膨胀在继续中、温度也在不断降低,在新的条件下被比较大的能量捕获住的最初级粒子,被束缚在一起成了次一级的粒子。以后在宇宙继续不断的膨胀与降温的过程中,小于前两阶层的各阶层大能量重复着捕获次一级粒子束缚成再次一级微粒的工作,……。以后在同样类似的膨胀、降温过程中逐级减小的能量,均在进行捕获粒子,组建更次级粒子也就是更高阶层粒子的工作;规律是粒子的各阶层结合能量逐次在降低;直至夸克、中子、原子、分子均是逐阶层形成的。
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日期:2010-02-15 12:05:52
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在整个过程中未被束缚住的各阶层粒子,也同样随宇宙的膨胀而继续向外辐射,它们的自由活动空间也越来越大,它们的数量占据着原奇点内物质、也就是整个宇宙物质的绝大多数;它们也就是宇宙间的暗物质。温度是随着宇宙膨胀而降低的,当温度低到一定程度原子、分子都开始形成了。
而整个宇宙中所有物质自大爆炸始,一直依大爆炸所赋予的惯性,以奇点为球心,不住向四周高速膨胀。如今已经膨胀了150亿年,但膨胀仍然在继续进行;同时温度也一直在持续下降了150亿年,目前宇宙大多数空间温度已经下降到了2.7K,也就是宇宙背景的温度。这是宇宙膨胀的总体情况。
在这宇宙膨胀的过程中,同时还出现了一些小插曲;这些情形在很早以前就进行了,至少在分子形成后就开始了。当时由分子组成了物体,而由于万有引力的作用物体之间在相互吸引,小物体形成大物体,大物体合并成更大的物体,直至星球。星球之间相互吸引形成了星系。当然有些恒星周围的行星,或者有些星球外围的卫星也有可能是自己外围星云聚成的;也有的是从自己本身又分裂出来的不一而论。无数的恒星系,相互间聚拢加上周围的星云,又形成了数万光年直径的星系,而数十个星系又组成了星系团;……。而我们的宇宙中有着许许多多个这样的星系团。无论是星系团、星系、恒星、行星、……全都在总体上服从宇宙的膨胀规律,而正在不断地远离中心而去;随同整个宇宙一起膨胀。我们的地球也在其中。
这时宇宙中的空间比那些实体物质的体积要大无数倍。另外所有这些实体的质量也只占整个宇宙总质量的不到10%,而其余的90%就是宇宙中的暗物质,其中就包括有前面说过的在大爆炸初期生成的各阶层微粒;它们一直在空间不停息地高速无规则地运动。宇宙空间不断改变的各种场,绝大部分是由它们所形成的。宇宙中场无优势方向及宇宙射线无优势方向究其主要原因还在它们那里。
在恒星中,超新星、类星体中及空间粒子的相互碰撞中的往复变化就不说了。当宇宙背景温度由2.7K再降低到几乎为零度时,大爆炸的惯性能量终将会小于万有引力。这时宇宙边缘的天体不仅停止膨胀,而且开始向中心逆向运动。同时由恒星、星系等演变形成的黑洞也在不断地吞没周围物质,整个宇宙进入了与大爆炸阶段时间完全相反的逆过程——从收缩到大挤压阶段。黑洞中吞没的物质越多吸引力也越大,小黑洞又相互吸引成大黑洞;最后整个宇宙的物体全都无法抵抗黑洞无比巨大的引力,连光子都逃逸不了。
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日期:2010-02-18 22:21:12
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这就是宇宙进入了死亡阶段——大挤压。黑洞吞噬了宇宙中的全部物质;黑洞中逐渐形成了越来越高的温度与压力,所有的物质在高温高压下最终全部还原成了最原始的“基本粒子”。
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