宇宙万物的本质到底是什么?你我其实只是“能量包”?
当人类仰望星空的那一刻起,就开始不断寻找三个问题的答案:我是谁?我来自哪里?我将去往何处?
人类科学的整个发展史,都是围绕着三个问题展开的。
面对如此丰富多彩的世界,我们总是会有这样的疑问:万物都是由什么组成的?如果把一个物体无限分割下去,最终会得到什么呢?
早在两千多年前,古人就提出了“原子论”,认为万物都是由都是由不可再分的基本元素构成,不过这里的原子与如今我们所说的原子并不是一回事,但本质上都是不可再分的东西。
直到近代18世纪,科学家才首次在实验中证实了原子的存在,不过受限于实验仪器的限制,当时的人们对原子的认知还比较肤浅。
人们一开始认为原子就是不可再分的实心球模型,后来有了相对更深层的认知,比如说蛋糕模型,行星模型,波尔提出的能级模型,一直到电子云模型。
如今我们对原子结构有了更深的认知。原子由原子核和电子构成的,原子核由质子和中子构成,质子和中子都是由三个夸克构成的。
不过在19世纪之前,人们不但不了解原子内部结构,更不了解原子内部的运动。当时的人们一度认为由于电子带负电,原子核带正电,电子围绕原子核旋转,就像地球围绕太阳旋转那样。
但是按照经典力学的诠释,由于质子会产生电场,电子在电场中旋转的过程中轨道会越来越小,最终坠落到原子核上。
但现实中我们并没有发现电子发生坠落,电子一直都稳定在原子核外围。这也说明了经典力学存在瑕疵。
经过近百年的探索,量子力学横空出世,彻底颠覆了我们对经典世界的认知。在对微观世界不断探索的过程中,科学家们发现了很多基本粒子,还有它们之间的相互作用,总结出了自然界存在着四种基本作用力,分别是强力,弱力,电磁力和引力。
科学家们很早就发现电磁力需要在电磁场中传递的,因此受到启发,认为其他三种作用力也应该是通过某种“场”来传递的。
后来科学家们发现电磁力是依靠光子来传递的,也就是说,光子是电磁力的传播子。科学家们相信,其他三种基本作用力也有相应的传播子。并且做出这样的判断:有场的存在,不一定有传播子,但有传播子存在,一定会存在场。
之后科学家们有了更多的发现,知道光具有波粒二象性,事实上不仅仅是光子,电子等微观粒子都具有波粒二象性。波粒二象性是量子力学的固有属性,量子世界里的所有诡异现象其实都是波粒二象性的直接体现。
后来德布罗意提出了物质波的概念,认为不管是微观粒子还是宏观物体,其实都是物质波。
可以这样通俗理解。用电磁波举例子。电磁波其实就是能量,由电子跃迁的过程中辐射的能量,电子跃迁会辐射光子,也就是能量。电子带负电,运动就会产生变化的电场,进而产生变化的磁场,然后又会产生变化的电场,就这样不断循环,电磁场就不断地传播。
光其实就是电磁波。那么光是如何运动的呢?
根据波长的不同,电磁波可以分为很多种,比如说无线电波,微波,红外线,可见光,紫外线,X射线,伽马射线等。
无线电波长很长,两个波峰之间的距离很远,所以波动性并不明显,看起来更像是波。随着频率的增加,波长变短,比如说伽马射线,波长甚至比原子半径更小,两个波峰之间的距离更短,就更像粒子而不像波。
所以,通俗来讲,波长更长的电磁波更像波,而波长更短的电磁波更像是粒子。
其实你我本身也具有波粒二象性,只不过由于人体质量太大了,波动频率也很大,很难体现出波动性,也就是不确定性,结果只能体现为粒子性,也就是确定性,这也是为什么我们看到的宏观物体都是确定的,实实在在就在那里,而不会突然消失!
到这里还没有结束,我们已经知道光子,电子和夸克等是不可再分的基本粒子,但真的不可再分吗?或者说它们是不是也有自己的组成结构呢?
走在前沿的弦理论认为,压根就不存在任何基本粒子,所有的基本粒子其实都是能量的波动,这种波动就是所谓的弦,弦振动形式的不同,就会形成不同的基本粒子。
如果弦理论是正确的,意味着我们可以从更小的尺度来了解基本粒子的内部结构,一旦找到弦的振动规律,就能弄清楚基本粒子的生成机制,用简单的弦来描述繁杂的数量众多的基本粒子。
虽然粒子标准模型很好地对基本粒子进行了分类,但仍旧显得有些繁琐,而弦理论就显得简单多了,一个小小的弦就解决了一切问题。
也难怪弦理论会成为很多科学家追求的前沿理论,毕竟它让人类看到了大统一理论的可能性!
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