宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

2016-02-17 21:50 责编:小编 来源:UFO发现网 浏览 参与 评论
导读 科学中最关键却未受到充分赏识的成就之一,就是用数学方法描述物理宇宙。具体讲,就是对连贯而流畅的数学函数的运用,比如用正弦函数来描述光和声音。这一做法有时候被称作牛顿运动第零定律,以向运用了类似函数的著名的牛顿三定律致敬。 20世纪初期,阿尔伯特爱因斯坦...
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科学中最关键却未受到充分赏识的成就之一,就是用数学方法描述物理宇宙。具体讲,就是对连贯而流畅的数学函数的运用,比如用正弦函数来描述光和声音。这一做法有时候被称作牛顿运动第零定律,以向运用了类似函数的著名的牛顿三定律致敬。

20世纪初期,阿尔伯特·爱因斯坦对牛顿宇宙学说的地位造成了影响深远的撼动,他向人们展示了宇宙的两个新特性:一是质量可以造成空间的弯曲,二是空间和时间具有内在相关性。他把这一新的概念称为时空。尽管这一观点令人震惊,但它的公式和牛顿的方程一样,连贯并且流畅。

然而,近期一小群研究人员发现,时空本身具有内在的随机性,这使得牛顿第零定律在小尺度上也不再适用了。

让我们来探究这一发现的意义。

 

宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

 

宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

 

首先,什么是时空?你或许还记得在平面几何当中,如果取两个点,通过第一个点画x轴和y轴(也就是把该点当作原点),那么这两个点之间的距离就是x2+y2的平方根,其中x和y是第二个点的坐标。在三维空间中,对应的距离用x2+y2+z2的平方根表示。这些距离是恒定的,它们的值不会因为坐标的画法而改变。

 

宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

 

宇宙是如何运行的;微观尺度上的无序微粒

 

那么,如果把时间作为第四维呢?

四维时空中的一个点被称作一个“事件”:它在空间上的位置由x轴、y轴和z轴确定,在时间上的位置由t确定。那么,两个“事件”之间的距离是多少?用类推的方法,很容易认为这一距离是x2+y2+z2+t2的平方根,但事实并不是这样。如果采用不同的坐标系,这一距离就会变化,所以它事实上并不能真的被看作距离。爱因斯坦发现,恒定距离是x2+y2+z2-ct2的平方根, 其中c代表光速。如果你采用不同的坐标系,x、y、z和t的值可能发生变化,x2+y2+z2-ct2的平方根却不会。

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