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关于现代物理学的问题,你了解多少?

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众所周知,我们的物理框架已经逐渐成型,科学家在物理学上已经取得了很多成就,但是关于宇宙的许多谜团仍然存在。

关于现代物理学的问题,你了解多少?

现代物理学有许多值得骄傲的成就,例如对三种自然力的量子理解。通过广义相对论描述引力通过弯曲的时空,甚至对我们宇宙数十亿年前的历史的探索等等。然而,神秘无处不在,有时我们知道的越多,我们不知道的也越多,比如一些悬而未决的问题已经成为了现代物理学的关键!

物理定律的发展

20世纪初,我们有了电磁学的理论,它简单地统一了我们对电、磁和辐射的理解。我们还有牛顿定律,它为理解运动提供了坚实的框架。这两根伟大的柱子支撑着我们的物质世界。

后来阿尔伯特·爱因斯坦出现了,狭义相对论诞生了,我们不得不完全重写我们对时间、空间、距离和速度的概念。有了量子力学,我们必须坐下来认真地重新思考,基本上所有的基本事实。

关于现代物理学的问题,你了解多少?

于是,物理学家们开始了一项大规模的统一计划,试图将所有的物理定律统一到一个理论中。并且他们在很大程度上是成功的:狭义相对论结合了重力给了我们广义相对论。狭义相对论与量子力学相结合,形成了量子场论,它进一步加深了我们对电磁力的理解,通过电磁力,我们还发现了强核力和弱核力。

悬而未决的问题

20世纪50年代的实验和理论表明,电磁力和弱核力实际上是物质的两面,这些力以高能量合并成一个实体。最后一个独立存在的力是引力。即便是几十年后的今天,我们仍然没有对引力的量子描述。虽然我们在这个问题上下了非常多的功夫,但是每次我们试图把量子技术应用到爱因斯坦的力上,数学就会出问题,我们无法做出预测。为什么?这是物理界一个悬而未决的问题。

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我们还知道某些物理常数支配着我们的日常生活。如光速、电子上的电荷、弱核力的强度。总而言之,我们的量子框架中包含了四种自然力中的三种以及构成我们这个世界的所有粒子,这些东西构成了一个完整的世界。

但是我们所理解的标准模型不能解释为什么我们有我们所拥有的自然力,为什么我们有我们所拥有的粒子族,为什么这些力和粒子会以它们的方式起作用?

关于现代物理学的问题,你了解多少?

事实上,按照标准模型背后的陈旧数学机制的工作方式,某些物理常数必须通过实验测量,并带入方程中的几个关键位置,否则所有的计算都会失败。如果不把这些常数代入,我们的数学就无法做出预测,这是一个关键问题。还有就是这些力的强度特别麻烦,尤其是重力。重力弱得让人尴尬,它比弱核力弱数十亿倍,但是它又是构成整个世界的重要关节!

关于现代物理学的问题,你了解多少?

除了力,我们还有许多其它悬而未决的问题,比如我们擅自向宇宙虚构了一种全新的成分:暗物质。通过从星系内恒星的运动到宇宙早期遗留下来的背景光,我们间接知道暗物质的存在,我们到处都能看到暗物质存在的证据。虽然我们很了解暗物质的行为方式,但我们还没有找到“源头”。我们只能通过它的引力效应来探测它,天文学家怀疑它是一种新的粒子,迄今为止连标准模型都无法解释,它充斥着宇宙,但不通过电磁力相互作用,最可怕的是它完全不可见。

除了暗物质,还有暗能量

在20世纪90年代末,天文学家们发现我们的宇宙正在加速膨胀,从那时起我们通过一系列独立的观测证实了这一点,但我们完全不知道是什么造成的。

关于现代物理学的问题,你了解多少?

最后出现了一种被大众接受的猜测:它与被锁在时空真空中的能量有关,也就是暗能量。它的神秘再次给科学界蒙上了一层迷之沙,但无论什么导致了暗能量,它一定是宇宙中一个新的成分。

除了暗能量,我们知道还想知道更多宇宙早期的秘密,例如宇宙大爆炸,宇宙的黑暗时代,宇宙的第一束光等等,当我们了解地越多,我们所触及的未知领域也更加宽广,真的是学无止境!

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