第115章 再谈《量子相对论》

怎样把普朗克、爱因斯坦、史瓦西三个公式合成一个公式?小聪明说。

普朗克、爱因斯坦和史瓦西的研究分别涉及不同的物理领域和理论。普朗克提出的是黑体辐射的量子化理论,爱因斯坦发展了光量子假说并解释了光电效应,而史瓦西解决了爱因斯坦场方程的一个特殊解,即史瓦西解,它描述了一个非旋转、不带电的黑洞的时空几何。

这三个公式各自代表了不同的物理现象和理论框架,因此它们并不能直接合成一个统一的公式。普朗克的公式是量子化的黑体辐射公式,描述了黑体辐射的光谱分布;爱因斯坦的光电效应公式解释了光子能量与电子逸出能力之间的关系;史瓦西度规则描述了黑洞附近的时空结构。

然而,这三者之间存在一定的联系。例如,爱因斯坦的广义相对论为史瓦西解提供了理论基础,而普朗克的量子化概念是现代物理,包括量子力学的基石。但要将这三者结合成一个公式,需要超越当前物理学的现有框架,进入尚未探索的物理理论领域,这可能涉及到量子引力等尚未完全理解的理论。

总的来说,尽管普朗克、爱因斯坦和史瓦西的工作在概念上有所交集,但它们各自独立,目前没有已知的方式将它们合并为一个单一的公式。这种合成可能需要未来物理学的进一步发展。

E1=hv

r = 2Gm/c^2 c^2=2Gm/r

E2=mc^2

E2=m2Gm/r

E=2m^2/r

其中,(h )是普朗克常数,(v )是频率,(m )是质量,( G )是万有引力常数,

( c )是光速,( r )是史瓦西半径,(E1)是普朗克能量,(E2)爱因斯坦能量

当然,如果我们把这个问题当作一个纯粹的数学游戏,我们可以尝试找到一个逻辑上自洽的路径,将给定的等式串联起来。

首先,我们有史瓦西半径的公式:

[ r =\frac{2GM}{c^2}]

接着,我们有一个新的等式( c^2 =\frac{2GM}{r}),这实际上是史瓦西半径公式的逆运算。虽然这在物理上不成立,但在数学游戏中我们可以暂时接受它。

现在我们有了( c^2 )作为( r )的函数。如果我们把这个关系代入爱因斯坦的质能等价公式( E = mc^2 ),我们得到:

[ E = m\left(\frac{2GM}{r}\right)=\frac{2mGM}{r}]

最后,我们得到了能量( E )与质量( m )、引力常数( G )和距离( r )的关系。

如果我们进一步假设( m \cdot G = 1 )(这是一个数学上的假设,与物理无关),那么我们可以简化上面的表达式,得到:

[ E =\frac{2m}{r}]

这样,我们就在数学游戏的框架内,从给定的等式出发,通过一系列逻辑上合理的步骤得到了一个新的表达式。尽管这个过程在物理上没有意义,但它展示了如何在数学逻辑的约束下操作和变换公式。

新方程:rhv = 2m^2

方程( rhv = 2m^2 )在数学上是合理的。它表达了变量( r )、( h )、( v )和( m )之间的关系。在数学中,只要等式两边的表达式相等,这个方程就被认为是成立的。无论( r )取什么值(实数或复数),只要( h )、( v )和( m )的值能够使得等式两边相等,方程就保持有效。这种类型的方程在数学分析、代数以及物理学的理论模型中都很常见。

在数学或物理学中,确保单位一致性是非常重要的。对于方程( rhv = 2m^2 ),我们需要确保所有变量的单位相互匹配,以便该方程在实际应用中有意义。

通常情况下:

( r )可能代表距离或半径,其单位可能是米(m)。

( h )可能代表高度或普朗克常数,普朗克常数的单位是焦耳·秒(J·s),而高度的单位通常是米(m)。

( v )代表速度,其单位是米每秒(m/s)。

( m )代表质量,其单位是千克(kg)。

( 2m^2 )可能表示两倍的质量平方,其单位是千克平方(kg²)。

为了使方程在单位上保持一致,我们需要确保( rhv )的单位等于( 2m^2 )的单位。如果( r )以米为单位,( h )以焦耳·秒为单位,( v )以米每秒为单位,( m )以千克为单位,那么( rhv )的单位将是焦耳·米²/秒(因为( hv )的单位是焦耳·秒,乘以( r )的单位米)。

为了使( rhv )的单位与( 2m^2 )的单位相匹配,我们需要对( r )、( h )和( v )进行适当的转换,或者重新考虑它们在实际情境中的含义和单位。

假设分别求:

rhv = 2m^2

r=2m^2/hv(m)

v=2m^2/hr(Hz)

m=√(rhv/2)(kg)

现在我们来核对一下每个变量的单位是否正确。

( r =\frac{2m^2}{hv})

这里( r )的单位是米(m)。( hv )的单位是( h imes v ),假设( h )的单位是小时(h),( v )的单位是 Hz(赫兹,即每秒循环次数),那么( hv )的单位是( h imes s^{-1})。因此,(\frac{2m^2}{hv})的单位是(\frac{m^2}{h imes s^{-1}})或者(\frac{m^2 \cdot s}{h})。所以( r )的单位是正确的。

( v =\frac{2m^2}{hr})

这里( v )的单位是 Hz(赫兹,即每秒循环次数)。( hr )的单位是( h imes m )。因此,(\frac{2m^2}{hr})的单位是(\frac{m^2}{h imes m})或者(\frac{m}{h})。所以( v )的单位是赫兹(Hz),这是正确的。

( m =\sqrt{\frac{rhv}{2}})

这里( m )的单位是千克(kg)。我们已经知道( rhv = 2m^2 ),所以(\frac{rhv}{2}= m^2 )。因此,( m =\sqrt{m^2})的单位是千克(kg),这是正确的。

量子力学作为一个理论框架,在解释微观粒子行为方面非常成功,但它也存在一些问题和挑战:

量子引力:引力有分歧

引力分歧主要指的是量子理论和广义相对论在处理引力问题上的根本性差异。在量子力学中,所有的基本相互作用(电磁力、强相互作用、弱相互作用)都可以用量子场论来描述,即它们都有对应的量子粒子(光子、胶子、W及Z玻色子)。然而,引力却不同,广义相对论将引力描述为时空的曲率,而不是通过交换某种量子粒子来实现。这导致了以下几个具体的问题:

时空背景的缺失:在量子力学中,通常需要一个固定的时空背景(如闵可夫斯基时空),而广义相对论则告诉我们,时空本身就是动态的,会受到物质和能量的影响。如何将这种动态的时空纳入量子理论的框架中,是一个未解决的问题。

无限大的问题:在尝试将广义相对论量子化时,经常会遇到无穷大的计算结果,这些无穷大在物理上通常是没有意义的。如何处理这些无穷大,使量子引力理论变得可操作,是另一个难题。

黑洞信息悖论:根据广义相对论,黑洞会吞噬一切,包括信息。然而,量子力学的信息守恒定律指出信息不能消失。如何将这两种理论相协调,解释黑洞信息悖论,也是量子引力需要解决的问题之一。

宇宙早期条件的理解:宇宙的早期条件(如暴胀时期)需要量子引力理论来描述。目前的量子引力理论尚不能提供足够的工具来深入理解这一时期的物理过程。

为测量问题:波函数坍缩

在量子力学中,测量过程似乎会影响系统的状态,这引发了关于观测者和被观测系统之间关系的哲学讨论。这个问题涉及到量子力学的基本解释,特别是哥本哈根诠释中的波函数坍缩。

量子纠缠与信息悖论:不合光速传播

量子纠缠表明两个或多个粒子可以即时影响彼此,不论它们相隔多远。这与相对论的信息不能超光速传播的原则似乎冲突,引发了关于量子信息传递的讨论。

量子退相干:量子属性不稳定

量子系统在与环境相互作用时会失去其量子特性,转变为经典状态,这个过程称为量子退相干。目前对于量子退相干的机制和速率还没有完全的理解。

暗物质和暗能量:无法理解未知

虽然这些概念并非直接源于量子力学,但量子理论在解释宇宙中的暗物质和暗能量方面还面临挑战。

理论的完备性:没有形成理论

还有一些理论物理学家认为量子力学可能不是一个完整的理论,它可能只是一个更加基础理论的近似。

尽管存在这些问题,量子力学依然是目前最成功的物理理论之一,它的预测在实验上得到了广泛的验证。未来的研究可能会解决这些问题,或者导致新的物理理论的诞生。

有一种《类火炉天体论》和《量子相对论》你知道吗?

活动星系核(英语:Active galactic nucleus,通常缩写为AGN)是星系中心的一个紧密区域,在至少一部分--可能全部的电磁波谱上远比普通光度高,它的特征表明过高的光度不是由恒星产生的。

如此高的非恒星辐射在无线电、微波、红外线、可见光、紫外、X光、γ射线波段观测到。一个有着活动星系核的星系被称作“活动星系”。

从活动星系核发出的辐射被认为是因为宿主星系中央的超大质量黑洞物质吸积产生的。

首先,何为量子?

量子是现代物理学中很重要的一个概念,任何物理量如果存在最小的不可分割的基本单元,就称该物理量是量子化的,最小的基本单元就是量子。可见,量子并不是电子和光子那样的基本粒子,它只是一个物理学概念。

量子力学是描述微观世界运行规律的理论,它与经典物理学有着本质的区别,这种区别是颠覆性的,可以说完全违背我们日常生活认知,甚至颠覆我们的世界观和宇宙观。

除量子力学之外的所有物理学,都是经典物理学,包括牛顿力学,爱因斯坦的相对论,麦克斯韦的电磁理论等。虽然相对论对我们的宇宙观也有很大的颠覆,但这种颠覆并不是最根本的,更多的只是时空观的颠覆,相对论也承认这个世界是确定的,可描述可预测的,因果律统治着我们的世界。

但是量子力学对人们世界观的颠覆是超乎想象的,在量子世界里,微观粒子完全不用遵循经典物理学定律,那里的一切都是模糊的,都只能用概率去描述,甚至连我们认为固若金汤的因果律,到了量子世界都不再适用了。

在我们的现实世界,除了最基本的因果律之外,还有光速限制,任何物体和信息的传播速度都不可能超过光速,但光速限制在量子世界,似乎也不再成立了。

最典型的例子就是量子纠缠,一个让爱因斯坦也感到无比困惑的诡异现象,也被爱因斯坦称为“鬼魅般的超距作用”。两个发生纠缠的粒子,不管相距多远,都可以瞬间感应到彼此的存在,如果某个粒子的状态发生改变,那么另一个粒子会瞬间做出相应改变,就好像两个粒子之间存在某种神奇的“心灵感应”一样。

这也是为什么量子纠缠被誉为量子世界里最让人难以理解的现象之一。物理学界是这样定义量子纠缠的。当两个或多个粒子发生相互作用之后,单个粒子原有的属性消失不见,只会体现出整体的属性。

说白了,纠缠中的两个或多个微观粒子,就相当于一个粒子,因为纠缠中的粒子只能描述整体性质,并不能描述单个粒子的性质。

量子力学一百多年前就已经诞生了,但是至今人们也不清楚量子力学的底层逻辑到底是什么。量子力学不仅让普通吃瓜种群感到困惑,即便是伟大的物理学家们,他们也无法理解量子世界里的运行规律。科学家们只知道量子世界里的确存在很多诡异现象,但并不知道那些诡异现象背后的本质到底是什么。

我的《量子相对论》设计了一个完美的数学模式,这个数学模式可以给出所需的答案。