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我们现在所知的物理法则是否适用于整个宇宙?

我们此刻所知的物理法例是否合用于整个宇宙这要看看整个宇宙如何界说。

若是以我们此刻所知的宇宙大爆炸发生的四维时空来说,因为我们此刻不雅测到的宇宙大标准下各标的目的同性,可以认为宇宙遍地的物理纪律都是一样的,即使超出我们的可不雅测宇宙规模,理论上它依然是不异的。

然而这是在大标准下通俗情况下的物理法例。当您细分一个局部的区域和一些极端的情况(前提),您会发现它的物理法例现实上是纷歧样的。

宇宙的BUG

我举一个大师都最熟悉的极端情况例子:黑洞。这种众所周知的奇异天体近年可谓出尽风头,畴前几年频频多次报道的双黑洞归并引力波事务,到客岁4月的事务视界千里镜初次拍摄到黑洞照片发布,再到客岁年末我国发现的最大恒星级黑洞……可以比力确定地说,若是您没有听过黑洞,您应该是不会看到我这篇文章的,因为您必然不是一个存眷科学类资讯的人。

黑洞可以说是宇宙里最最独特的天体了,没有之一。这一个由广义相对论所预言的独特天体在很长时候里并不被大师所接管,此中包罗广义相对论的提出者爱因斯坦本人和广义相对论的铁杆撑持者爱丁顿(那位在1919年远赴非洲拍摄日全食验证广义相对论的英国科学家)。直到上宿世纪6、70年月,奇性定理的证实和类星体的发现,才让黑洞这一独特天体起头被接管。

时空的囚笼

黑洞是指由视界面作为概况的天体,视界面是以视界半径界说的一个临界面,在视界面上逃逸速度等于光速,也就是说当进入视界面内则光速也无法逃逸。按照相对论,在局域下没有任何物质粒子的移动速度能跨越光速,是以也就没有任何物质粒子能从视界里逃逸出来。是以,黑洞就是半斤八两于一个时空的囚笼,没有任何物质能从里面出来。

时候的终点

事实上,黑洞远比这更奇葩,视界面并非您所想象的那么简单,它不只是一个以光速为逃逸速度界定的临界面,它现实上比您领会的更独特,按照理论计较,时空在视界处发生了逆转,进入视界后,时空就发生了交换,简单说就是时候酿成了空间,空间则酿成了时候。是以,原本沿空间落入黑洞物质会酿成沿时候落标的目的奇点。在广义相对论里,奇点就是时候的终点,现实上它是一切的终结点,包罗时候、空间和物质。

已知物理法例掉效之处

当物质粒子落入视界落标的目的奇点,跟着临近奇点,时空弯曲将极其严重,物质将垂垂无法连结其物理特征,已知的一切物质形式将在奇点处终结,那边没有时空,也没有物质。是以那边不再有我们已知的一切物理纪律,在奇点处,一切已知的物理纪律都掉效了。

广义相对论预言了这种环境,然而这也预示着,广义相对论预言了自身的掉效。

这就很尴尬了,一个物理理论预言了自身掉效!是以,部门物理学家并不接管这个结论,出格是量子物理学家,因为它与量子力学的根基道理不符。

争议

量子力学里有一个根基道理:不确定性道理。它指出微不雅粒子具有不确定性,它的共轭量无法同时精确测定,这些共轭量就像跷跷板一样,您对此中一个量测量得越切确,对另一个量的测量就越不切确。对于微不雅粒子,这些共轭量包罗:位置和动量、时候和能量等。

在广义相对论里,黑洞奇点包含了黑洞几乎所有的质量,然而它是无限小的,是以,它理应受量子力学的支配,但当您把不确定性道理应用到黑洞奇点,奇异的工作就呈现了:我们能经由过程对黑洞的测量,确定此中心奇点的位置,同时我们也能经由过程对黑洞的测量,确定奇点的动量,奇点的位置和动量可以被同时确定,不确定性道理在微不雅下掉效了……

广义相对论与量子力学的狭缝——等候新理论降生

今朝广义相对论和量子力学这两大用于描述天然界四种已知彼此感化的根本理论之间存在不成和谐的矛盾,此中的重灾区就在上述的黑洞奇点问题上,我们知道这两个理论不成能都精确无误,它们至少有一个是需要被批改的,物理学家正等候新理论的降生,此中的冲破口很可能就在奇点问题上,新理论的名字大师都已经想好了,叫量子引力理论。这一理论也许能描述奇点处的物理纪律,也许……

物理法例并非永恒不变

今朝,量子力学已经能描述天然界的三种彼此感化,它们别离是强彼此感化、弱彼此感化和电磁彼此感化。但最为人熟知的引力彼此感化却无法被量子力学描述。

此刻物理学界遍及认为,宇宙的四种彼此感化在宇宙降生之初,其实是统一种彼此感化力,科学家称之为超力。在宇宙降生后极短的时候内,宇宙温度急剧下降四种彼此感化力接踵从超力平分离出来。科学家预言,若是能制造响应的温度,我们此刻已知的四种彼此感化很可能会从头归并当作统一种彼此感化。

今朝已知的四种彼此感化是很纷歧样的,好比弱彼此感化和电磁彼此感化力,两者就很纷歧样,感化的强度和感化的粒子都很纷歧样。弱彼此感化只发生在原子核内极小的规模内,而电磁彼此感化却可以传递到无限远;而我们经常听到的暗物质很可能就具有弱彼此感化,但没有电磁彼此感化。但当在必然的前提下,即当温度达到10^15K,这两种力就汇合二为一,当作为统一种彼此感化力——电弱彼此感化力。

其实这种环境是很轻易发生的,因为它只需要在100GeV能级下就能发生。好比在高能对撞尝试中,还有宇宙射线轰击高层大气时,都能达到这样的能级。也就是,在这种极端情况下,物理纪律也发生了微妙的转变。

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