20171108轉(zhuǎn)述《七堂極簡物理課》3

現(xiàn)象:我們看到的物體都是由原子組成的帖汞。原子由一個原子核和圍繞它的電子組成,原子核由緊密聚集在一起的質(zhì)子和中子構(gòu)成吼虎。質(zhì)子和中子則由更小的粒子構(gòu)成元暴,美國物理學(xué)家蓋爾曼為它們?nèi)∶翱淇恕薄N覀兯|碰到的每樣?xùn)|西都是由電子和這些夸克組成的稠氮,夸克之所以能夠在質(zhì)子和中子里“黏”在一起曹阔,是因為一種物理學(xué)家們稱作“膠子”的粒子。我們身邊的所有物體都是由電子隔披、夸克赃份、光子和膠子組成的,它們就是粒子物理學(xué)中所講的“基本粒子”奢米。除此之外還有幾種粒子抓韩,例如中微子——它布滿了整個宇宙,但并不跟我們發(fā)生交互作用鬓长,還有希格斯玻色子谒拴,他是在不久前日內(nèi)瓦歐洲核子研究中心的大型強子對撞機發(fā)現(xiàn)的粒子

量子力學(xué)描述了這些粒子的性質(zhì)和運動方式。這些粒子當(dāng)然并不像小石子那般真實可感涉波,而是相應(yīng)的場的“量子”英上,比方說光子是電磁場的“量子”。它們的消失和重現(xiàn)遵循量子力學(xué)的奇特定律:存在的每樣?xùn)|西都是不穩(wěn)定的啤覆,永遠都在從一種相互作用躍遷到另一種相互作用苍日。

即使我們觀察的是空間中一塊沒有原子的區(qū)域,還是可以探測到粒子的微小涌動窗声。徹底的虛空是不存在的相恃,就像最平靜的海面,我們湊近看還是會發(fā)現(xiàn)細(xì)微的波動和振蕩笨觅。構(gòu)成世界的各種場也會輕微地波動起伏豆茫,我們可以想象侨歉,組成世界的基本粒子在這樣的波動中不斷地產(chǎn)生、消失揩魂。

量子力學(xué)和粒子實驗告訴我們幽邓,世界是物體連續(xù)的、永不停歇的涌動火脉,是稍縱即逝的實體不斷地出現(xiàn)和消失牵舵,是一系列的振蕩,就像20世紀(jì)60年代時髦的嬉皮世界倦挂,一個由事件而非物體構(gòu)成的世界畸颅。

迄今為止,標(biāo)準(zhǔn)模型仍然是解釋物質(zhì)世界最好的理論方援,它的預(yù)測全都得到了證實没炒。除了暗物質(zhì)和廣義相對論中被描述為時空曲率的引力之外,其它的它都很好地解釋了已知世界的方方面面犯戏。

圈量子引力:廣義相對論告訴我們空間不是一個靜止的盒子送火,而是在不斷運動,像一個移動中的巨大軟體動物先匪,可以壓縮和扭曲种吸,而我們被包在里面。另一方面,量子力學(xué)告訴我們,所有這樣的場都“由量子構(gòu)成”贼急,具有精細(xì)的顆粒狀結(jié)構(gòu)慨蛙。于是物理空間當(dāng)然也是“由量子構(gòu)成的”。

這正是圈量子引力的核心結(jié)論:空間是不連續(xù)的,不可被無窮分割,而是由細(xì)小的顆粒,或者說“空間原子”構(gòu)成的辙浑。這些顆粒極其微小,比最小的原子核還要小幾億億倍拟糕。圈量子引力用數(shù)學(xué)形式描述了這些“空間原子”判呕,也給出了它們演化的方程。它們被稱為“圈”或環(huán)送滞,因為它們環(huán)環(huán)相扣侠草,形成了一個相互關(guān)聯(lián)的網(wǎng)絡(luò),從而編織出了空間的紋理犁嗅,就像細(xì)密織成的巨大鎖子甲上的小鐵圈一樣边涕。

這些空間的量子在哪里?它們不存在于任何地方,也不在“空間之中”功蜓,因為它們本身就是空間园爷。空間就是一個個引力量子相互勾連而成的式撼。世界又一次顯得更接近關(guān)系的集合童社,而非物質(zhì)的集合。

普朗克恒星是不穩(wěn)定的著隆。一旦壓縮到最大程度扰楼,就會回彈,重新開始膨脹美浦。這就會導(dǎo)致黑洞的爆炸弦赖。假設(shè)有一個人在黑洞內(nèi)部,坐在普朗克恒星上浦辨,他看到的爆炸過程其實是極高速的回彈蹬竖。但是,時間流逝的速度對于他和黑洞外的人是不同的流酬,就像時間在高山上比在海邊流逝得快一樣币厕。只因為是極端情況,所以這里時間流逝的速度差異極為巨大康吵。對黑洞內(nèi)部的觀察者來說回彈是瞬間發(fā)生的劈榨,對外部的人來說卻是一個極為漫長的過程访递。所以在我們看來晦嵌,黑洞在很長時間內(nèi)都沒有變化。我們說黑洞就是回彈的恒星拷姿,只不過這個過程是以極慢的速度在我們眼前播放的惭载。

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