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[科技] 文小刚教授的简明物理史科普

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  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-10-21 23:10
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    [LV.8]合体

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    楼主
     楼主| 发表于 2017-4-5 11:15:10 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

    在牛顿生活的时代,人们认为所有物质都是由粒子组成的。而粒子形态物质的运动规律,是由微积分来描写的。后来,麦克斯韦和爱因斯坦发现了新的形态的物质——场形态的物质,也就是电磁波(光)和引力波。场形态的物质,是粒子形态的物质之间相互作用的起源。它遵循和粒子形态物质完全不同的运动规律。本文介绍了描写场形态的物质运动规律的规范理论。这是近代物理的一个关键组成部分。

    最早发现的场形态物质(电磁波),是由偏微分方程(麦克斯韦方程)来描写的。后来发现的第二种场形态物质(引力波)一开始也是由偏微分方程来描写的。不过爱因斯坦发现,描写引力的偏微分方程,实际上是描写空间的一种几何形变。这一空间的几何形变,可以用空间方向的相对性来描写。这就是为什么爱因斯坦的引力理论又叫广义相对论。既然第二种场形态物质(引力波),可以用空间方向的相对论(也就是弯曲时空)来描写,那么第一种场形态物质(电磁波),是不是也可以由某种相对论来描写?

    我们知道,为了进行测量,我们必须首先选定一个单位。比如衡量财富的多少,在中国,可以用基本货币单位“人民币”。在物理领域,外尔首先提出,度量单位也可以是相对的,就像不同国家有不同的衡量财富的单位,如美国就用美元做单位。而电磁波,就可以用度量单位的相对论来描写。

    换句话说,电磁波对应于空间各个点的度量单位的一个形变。在上面度量财富的例子中,这一形变,就是我们所讲的各种货币之间的汇率。重新选取货币的单位,会改变货币之间的汇率。这对应于一个规范变换。如果我们无法通过重新选取各个国家的货币单位,来使所有的汇率都变成1:1,那么我们就说,度量单位体系有一个实质性的形变。这对应于一个非零的规范场,也就是一个非零的电磁波。

    可是,这一电磁波的度量相对论,后来被发现是错误的。不过通过一个小小的修改,外尔发现,电磁波是量子力学中波函数相位的相对论。要知道,外尔首先提出规范理论的时候,量子力学还没有发展成形。外尔不得不等到量子力学发展成熟之后,才提出对他的规范理论的修正。

    这样一来,所有的场形态物质,都可以统一由一个几何的形变理论来描写。这是对电磁和引力的一个深度统一。这一统一,导致了用几何眼光看世界的物理学潮流。这是过去100年物理理论的一块基石,也是物理理论的主流。物理学家,被这种几何之美深深吸引。

    但这里我要提一下,这种用几何眼光看世界的观念,有可能会被最近的一些物理研究所颠覆。规范场和它所描写的场形态物质的本质,也许不是几何形变而是量子纠缠。虽然关于这个世界的几何理论十分美,但它可能没有反应出世界的本质。我们世界的本质,很可能是量子信息和量子纠缠。它是代数的而不是几何的。这就是用量子信息来统一物质和空间的近代观点。
    ——文小刚
  • TA的每日心情

    2020-11-20 06:24
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    [LV.Master]无

    沙发
    发表于 2017-4-5 13:04:11 | 只看该作者
    看是看了,没真正明白。
  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-10-21 23:10
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    [LV.8]合体

    板凳
     楼主| 发表于 2017-4-5 13:18:31 | 只看该作者
    燕庐敕 发表于 2017-4-5 13:04
    看是看了,没真正明白。

    嗯,不得不说,这需要些物理学功底,特别是对量子物理有初步了解。
  • TA的每日心情

    2020-11-20 06:24
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    [LV.Master]无

    地板
    发表于 2017-4-5 13:39:14 | 只看该作者
    年轮岁月 发表于 2017-4-5 13:18
    嗯,不得不说,这需要些物理学功底,特别是对量子物理有初步了解。

    四大力学都学过,不过文小刚师兄倒是不认识。认识和他同班的老乡,后来拿郭沫若奖学金的刘宏保。
  • TA的每日心情
    开心
    2024-11-12 14:07
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    [LV.Master]无

    5#
    发表于 2017-4-5 13:44:43 | 只看该作者
    太简略了!
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  • TA的每日心情
    奋斗
    2019-10-21 23:10
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    6#
     楼主| 发表于 2017-4-5 19:56:27 | 只看该作者
    年轮岁月 发表于 2017-4-5 13:18
    嗯,不得不说,这需要些物理学功底,特别是对量子物理有初步了解。

    失敬失敬,实际上,估计没几个人完全懂

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