步入第三类文明,我们缺少什么

来源 :飞碟探索 | 被引量 : 0次 | 上传用户:myazx
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  近几年好莱坞的科幻大片几乎都是涉及人类步入第三类文明的,如卖座的大片《星际迷航》等。人类迈入第三类文明,面临的二个最大的难题是,万有引力和超光速运动。前者涉及已困惑人类近5个世纪的万有引力的根源问题,后者涉及相对论的基础,这是当代物理学中最大的二个难题。
  虽然当代物理学家们已几乎耗尽了所有的智力试图解开这二大谜团,但仍然一无所获,甚至可以悲观地说,对这二个问题的认识,当代物理学家与近一个世纪前爱因斯坦时代比较没有任何进步。
  当代的理论物理学家们似乎已经感到精疲力竭了。
  其实,早在1956年杨振宁和米尔斯建立杨一米规范场理论之后,理论物理学开始被淹没到粒子物理学的辉煌进步之中。但是,粒子物理学的进步并没有给引力的本源和相对论的基础这二大难题提供出任何有用的信息,相反,它使问题更加复杂化了,引出了一个新的更深层的问题,那就是,量子理论和相对论,这二个理论,哪一个更完备。
  让我们把视线转回到一个世纪前创立的狭义相对论。
  
  狭义相对论的基础
  
  1905年,还是伯尔尼专利局职员的爱因斯坦在德文物理刊物《物理记事》上连发了5篇论文,其中一篇题目叫《论运动体的电动力学》,改写了近代物理学的面貌。几年之后,爱因斯坦的大学物理老师,闵可夫斯基将爱因斯坦的这个新理论称之为“相对论”,也就是说,运动是相对的。爱因斯坦本人则称这个理论叫“狭义相对论”以区别于后来提出的包含万有引力的更加普遍的“相对论”,后称“广义相对论”的理论。
  狭义相对论提出之后,并没有立刻在物理学界引起广泛注意,力挺这个理论的物理学家也就是普朗克。
  狭义相对论的基础是基于二个实验事实,第一是光速不变原理,第二是运动定律的普适性原理,即力学的运动规律,可以适用于电动力学。
  爱因斯坦的狭义相对论在今后的一个世纪中经受了任何的理论和实验验证,至今找不出瑕疵。
  从物理本质上讲,狭义相对论对运动规律的协调化工作是成功的,但是,这一理论却给人类的运动速度设定了一个极限——任何宏观物体的运动速度不会超过光速。从此,人类试图以超光速运动到达遥远星系成了一个梦想。
  为什么物体的运动不能超过光速?狭义相对论似乎给出了解释,那是因为随着物体运动速度的增加,它的惯性质量也增加,直至到达光速时达到无穷大,所以,光速是运动的极限。
  光速为什么是运动的极限?要想深入到这个问题的核心,必须首先从狭义相对论自身人手。正如爱因斯坦所说,这个理论是试图将运动的规律变换到电动力学中。而我们知道,在电动力学之中,没有什么物体可以运动超过光速,也就是说,仅仅在电力学中,运动不会超过光速。更进一步用量子理论的语言说,所谓电动力学,就是只涉及与电荷可以发生耦合的运动过程。如果有一类运动不会和电荷发生耦合,那么,这一类的运动就不存在什么运动的速度的极限了,可以超过光速运动。
  在过去的几十年中,科学家们也的确观测到过超光速运动。在大尺度上,天文观测中发现过超光速运动的星团。在小尺度上,观测到超过光速运动的粒子,它们甚至还被起了个名字叫“快子”,意思是运动快于光速的粒子。
  但为什么存在这些超光速的运动?相对论本身给不出答案,量子理论也无法回答。因为,量子理论提供不出不和电荷发生耦合的运动过程能否超光速运动的任何信息,那么,量子理论到底是一个什么样的理论呢?
  
  量子理论
  
  量子理论源于1900年普朗克对黑体辐射的研究。为了合理解释黑体辐射这一现象,普朗克引入了能量作用的最小单位——能量量子的概念取代过去人们认为的在微观世界能量是连续的能量流传递。和几年后爱因斯坦提出相对论一样,量子理论在当时并没有引起人们的关注,直到后来爱因斯坦在解释光电效应的论文中采用量子的概念。所以,量子理论的确立,爱因斯坦做出了巨大的贡献。
  到了20世纪30年代,量子理论与电磁场理论结合形成了量子场论,这一理论对粒子物理学的进步起到了极大的推动作用。
  如同相对论一样,量子理论的局限性不久就被人们发现了,如果说相对论带给人类的是运动不能超过光速,那么,量子理论带给人类的则是,人类不能同时测定一个粒子的速度和位置,这就是使爱因斯坦后来成为量子理论的质疑者的——测不准原理,又称不确定度原理。
  为了这个原理,爱因斯坦和玻尔在20世纪30年代初曾爆发过数场轰动当时整个欧洲物理学界的大争论。这几场争论当时虽然没有分出结果,但是到了20世纪60年代,贝尔提出了著名的贝尔不等式,依据这个不等式,可以判定出玻尔和爱因斯坦谁是正确的。20年后,伴随着激光技术和单光子粒测技术的发展,人们终于可以在实验室条件下验证贝尔不等了。美国和欧洲二个实验小组相继得出数据,实验支持玻尔的观点,量子理论对自然界的描述是完备的,爱因斯坦的所谓的“隐变量”理论是错误的。即,量子理论的深层不存在一个什么尚未知的所谓的“隐变量”决定粒子的量子行为。
  说到这里,人们自然而然会问,既然量子理论对自然现象的描述是完备的,那么,为什么采用量子理论的语言描述万有引力不成功?难道在这20世纪的二大理论之中,只有一个理论是正确的?这个问题也的确是当代物理学家们深入思考的问题。
  事实上,相对论只是一个“唯象的理论”。从哲学角度讲,由于唯象的理论只是基于对现象的描述,而不是对其中机理的揭示,所以,最终都不会逃脱被新理论取代的命运。
  但是,量子理论就不同了,量子理论不是一个唯象的理论,而是一个揭示本质的理论。虽然它的数学基础尚有待进一步完善,但它都是一个直接可以反映本质的理论,因此,物理学家将这种理论称之为“绝对理论”。如还有热力学第一定律,即能量守恒定律,热力学第二定律,即熵增原理。这些理论都被称为“绝对理论”。
  说到这里,人们自然会明白,为什么量子理论和相对论接合而出现的量子引力理论不会成功,原因就是,一个是唯象的理论,一个是“绝对理论”二者的物理学基础不同,自然不会融合到一起。
  
  引力理论的未来
  
  无论如何,迈入第三类文明,永远绕不开引力的本质问题。
  自20世纪60年代以来,诸如超空间理论,弦理论都试图绕开相对论和量子理论开辟一条新的可以揭示出引力本质的道路,但至今仍不见曙光。超空间理论试图增加空间的维度重新描述引力,但是,一个无法回避的难题是,一旦空间的维度超过四维,那么,引力在其中就变成短程相互作用了,显而易见,超空间理论是一个被淘汰的候选者。
  那么弦理论呢?至今人们无法判断出弦理论和经典的量子理论哪一个更加优越。从实用的角度看,经典的量子理论的数学处理已成熟,并且采用的数学方法简单,而弦理论采用的数学处理太过于复杂,因此,没有优势。
  弦理论目前也仅仅停留在对引力现象的描述上,仍然没有深入至引力的本质。引力源于物质的什么性质,仍然未知。所以,喧闹一时的弦理论如今似乎变成了几乎没有物理内涵的数学游戏了。
  人类试图迈入第三类文明,引力的本源,超光速运动永远是二个绕不开的难题。20世纪物理学的进步,并没有揭开这二大谜团,甚至在某种程度上弱化了人们对二大难题难度的认识。21世纪的物理学家至今面对这二大难题,依然尚未找到入口,人类迈入第三类文明的道路依然漫长。
其他文献
令人费解的网状物    在现场发现的第三种物质就是“网状物”。这种物质因充满各种各样类似海绵的小孔,故得此名。这是一种黑色脆性类玻璃状的物质。倘若研究的对象是某种物质与铅或铁的化合物,那倒是显而易见的,可是,这种网状物质却使研究它的许多科学家困惑不解,甚至走进死胡同。科学家惊叹道:“这到底是什么东西?真让人费解。”这种网状物质在一种材料中具有一系列重要件能。实验结果表明,这种物质若经过液氮的“沐浴
期刊
基因是优秀的程序编制者,它们为本身的存在而编制程序。生活为它们的生存机器带来种种艰难险阻,在对付这一切艰难险阻时这个程序能够取得多大的成功就是判定这些基因优劣的根据。这种判断是冷酷无情的,关系到基因的生死存亡。但生存机器最感关切的显然是个体的生存和繁殖,为生存机器做出各种决定的脑子也是如此。属同一“群体”的所有基因都会同意将生存和繁殖放在首位。因此各种动物总是竭尽全力去寻找并捕获食物,设法避免自己
期刊
月球的自转轴只倾斜了1度,因此,一些月球环形LU的山壁会被非常长久的阳光所照耀。19世纪末的一位法国天文学家卡米尔·弗拉马里翁将它们称为“阳光永恒的山峰”。  这种永远被阳光照耀的区域应该是开始我们月球探索的好地点。如果不想依赖复杂的电力系统,你可以在这些山峰上安装太阳能电站,使用这种能量来运行小型漫游车和着陆器。这些东西的系统比电力和机械系统更容易设计,因为后者必须能够抵御月球上昼夜之间的巨大温
期刊
目击时间:2010年11月8日17:12-17:30  目击地点:京石高速公路  目击人数:2人  飞行物数量:4个  飞行物形状:长条圆角状  飞行物颜色:银色  持续时间:25分钟左右  目击报告是否报告:是  目击人:杜霖、厉丽  目击人背景:自由职业者、国企职工  备注:  17时12分左右,我俩驾车走在京石高速出京,突然发现西部天空存在四个长条状的银色圆角盘状飞行物。飞行物运动方向不明显
期刊
[2010年12月19日]    [地质]玻利维亚的乌尤尼盐沼是世界上最大的盐滩,也是科学家发现的一处含锂最多的盐滩,它所包含的锂资源大约占世界总量的一半,足够为48亿辆电动车制造电池。目前玻利维亚正在这里寻找电动车发展的未来。    [2010年12月20日]    [气候]在这张由美国摄影师肖恩·希维拍摄的获奖作品中,一个超级雷暴在蒙大拿州大草原上肆虐。据美国航空航天局科学家介绍,超级雷暴由中
期刊
1979年6月,意大利,威尼斯梅斯特。
期刊
“蛟龙”号深潜告捷    2010年8月26日,中国科技部和海洋局在北京联合宣布,中国第一台自行设计、自主集成研制的“蛟龙”号深海载人潜水器3000米级海试取得成功,最大下潜深度达到3759米,而且创下了水下和海底作业9小时03分的纪录。这标志着中国成为继美、法、俄、日之后,第5个掌握3500米以下大深度载人深潜技术的国家。  深海载人潜水器是一种能在深海进行水下作业的潜水设备,分民用和军用二类,
期刊
2009年是达尔文诞生200周年,也是他发表《物种起源》150周年,达尔文提出的演化论学说,对作为西方文化重心的基督教信仰,产生了思想上的挑战和启示,西方学术思想界视为历史大事,也就有许多的活动,来彰显达尔文提出演化论对人类的影响。  达尔文自幼就对知识坚持追求,也因生命里一个难得的机缘,参加了1831年的一次远航探险,“小猎犬”号的5年之旅成就了后来举世著名的达尔文演化思想。  达尔文虽是在大量
期刊
按进化论观点,如果人类由猿进化成人,其时至少要经历200万年~300万年。有学者认为,猿分野时代出现在250万年前。也有认为在600万年~500万年前。也就是说,猿们的生存时代及向人类进化的过渡时期,至少要经历数百万年。同时,也必然要遭遇数十次冰川与洪水的打击。  冰川时期,特别是冰峰期,中纬度地区大约在海拔2000米的高度,就非常寒冷,排斥生命,只有极少数的耐寒动植物可以生存,其他绝大多数生命都
期刊
我是谁?我们是谁?我们的先祖是谁?先祖们早期的发祥地在哪里?从人类拥有记忆并懂得追溯自己的历史开始,这个难解之谜就一直困扰着人类自己。自尊心驱使着人类一代又一代的有识之士,前赴后继地探索着这个人类最大的谜团。时至今日,尽管已有多种不同观点,但尚无一个有力的结论。本文将从一个全新的角度进入,提供一个极有希望的研究方向,而这一方向极有可能成为打开人类早期情况的钥匙。    人类文化同宗共祖    近半
期刊