量子力學(xué)與相對論的統(tǒng)一
相對論與量子力學(xué)不能成為統(tǒng)一理論的核心沖突點大致有二點,1.宇宙中四種基本力的的無法統(tǒng)一,2.相對論的確定性“機械宇宙”機械和量子力學(xué)不確定性“隨機宇宙”。
宇宙中的四種基本力分別為電磁力;強核力;弱核力;引力。前三種基本力我們可以運用量子力學(xué)“量子化”,量子力學(xué)認(rèn)為力是由粒子交換而來,比如電磁力光子交換而來,強力由膠子交換而來,弱力由規(guī)范波色子交換而來。在量子理論中所有物質(zhì)都存在著最小單位,即分子;原子;夸克等基本粒子。我們似乎可以把一切物質(zhì)和能量“量子化”,唯獨在量子理論中無法“量子化”引力,甚至連引力的基本單位“引力子”都找不到。前文章節(jié)已經(jīng)明確給出了答案,“引力子”是由至少兩個或者成對的光子互為鏡像組成的時空,時空彎曲形成的引力場?!耙ψ印钡慕M成所屬兩個互為鏡像時空,在人類視角的某一個時空中永遠無法找到“引力子” 的存在。引力來源于時空扭曲,來源于光子在一個時空點時空與鏡像時空之間的相對密度,密度越大,光子相對數(shù)量越多引力場越穩(wěn)定。所以引力與其他三種基本里根本就不屬于一個量級,引力真正來源于時空扭曲,來源于能量,來源于光。而電磁力;強核力;弱核力來源于物質(zhì)。引力場區(qū)別于任何其他的力,甚至決定著整個的宇宙的穩(wěn)定,后文關(guān)于黑洞章節(jié)將詳細解釋,所以引力與其他三種基本力在學(xué)術(shù)上的統(tǒng)一根本就是一個偽命題。
愛因斯坦說量子力學(xué)是一個不完備的理論,他和波爾爭論了一輩子,也沒有統(tǒng)一四大基本力。同時愛因斯坦對于量子力學(xué)的“隨機性”一直持否定態(tài)度,留下了一句著名的“上帝不會擲色子”。比如著名的楊氏“雙縫干涉試驗”,當(dāng)一個光子穿過雙縫時,它可以同時穿越A縫和B縫在屏幕上出現(xiàn)干涉條紋,這是兩個縫之間同時發(fā)射出光子產(chǎn)生干涉的產(chǎn)物。每次發(fā)射只有一個光子,它與誰干涉呢,答案是光子自己與自己產(chǎn)生了干涉。再比如量子力學(xué)中每一個粒子都帶有“自旋”,我們大致可以理解成類似行星的自轉(zhuǎn),我們定義粒子順時針為正旋,逆時針為負(fù)旋。和“雙縫干涉試驗”試結(jié)果一樣,同一個粒子既帶有正旋也帶有負(fù)旋,這兩種自旋模式是疊加態(tài)的。再比如著名的“薛定諤的貓”,把一只貓放在盒子里,盒子中裝有一個放射性元素,有50%的幾率發(fā)生衰變,有50%的幾率不發(fā)生衰變。一旦衰變發(fā)生,接收器接收到放射源,盒子中的毒藥就開始釋放殺死這只貓。薛定諤的貓也同樣產(chǎn)生了“既生既死”的雙重狀態(tài)。以上的三個實驗,只有當(dāng)出現(xiàn)觀測源的時候,才能明確顯示單一狀態(tài)---光子通過了A縫或者通過了B縫;粒子帶有正旋或者負(fù)旋;貓是死或者是活。在量子力學(xué)中還存在著更加詭異的“量子纏繞”現(xiàn)象,一對互為正反的量子,無論相距多遠當(dāng)其中一個量子狀態(tài)發(fā)生改變,另一個量子也必將瞬間發(fā)生改變。
在解釋量子力學(xué)各種“隨機性”現(xiàn)象之前,首先我們回顧一下光子的傳播圖,如下:
這是一個光子的單方向輻射傳播截面圖,能量在光子中輻射方式一定是單一方向順時針或者逆時針傳播。能量的傳遞方式在光子內(nèi)部結(jié)構(gòu)中,光子內(nèi)部結(jié)構(gòu)以相互纏繞類似于“齒輪相切”的方式在整體傳遞能量。前文解釋奇點爆炸的時候,曾經(jīng)解釋過奇點爆炸產(chǎn)生疊加球形時空的方式只有三種:重疊;相容;相交。換言之至少兩個時空要么互為正負(fù)相互重疊,要么一個時空被另一個時空在局部相容,在局部內(nèi)同樣產(chǎn)生正負(fù)相互重疊的效果。另一種球形時空與鏡像球形時空只有一個點正負(fù)重疊,也就是兩個球體時空相切的狀態(tài)??偨Y(jié)而言在時空中的一點必然會存在著兩種鏡像狀態(tài),第一種正負(fù)鏡像完全重疊,第二點正負(fù)鏡像以相切的方式以“齒輪相切”的方式重疊一個時空點。
這里需要重點說明的是,既然宇宙中任意一點都是光子正負(fù)重疊造成的時空,也就是奇點,由點到面,任意一個面都是奇點組成的宇宙弦,那么我們所在是的時空中的任意一點中粒子的“疊加態(tài)”就是必然現(xiàn)象了。當(dāng)我們用二維平面視角去觀察任何現(xiàn)象的時候,就會出現(xiàn)一個奇特的現(xiàn)象:我們的視角既面對的宇宙弦,也同時存在于宇宙弦之內(nèi)。這個描述依然不是很好理解,假設(shè)我們面前有一塊玻璃,我們?nèi)藶榈陌巡AХ譃锳面和B面,當(dāng)在A面上用筆畫一個向右的箭頭,在玻璃的B面上我們會看到同一個箭頭卻是向左的。同理,在這個玻璃的A面我們看到一個電子的自旋是正旋,那么我們在玻璃的B面看到的同一個電子的自旋就是負(fù)旋。重點是我們?nèi)祟惖囊暯羌让鎸χ@塊“玻璃”,也存在于“玻璃”之內(nèi)。接下來解釋量子力學(xué)中的各種所謂的“反邏輯”的現(xiàn)象就變的十分簡單了?!皸钍想p縫干涉試驗”光子在宇宙弦之間“正負(fù)”光子“自我”干涉形成干涉條紋;粒子正負(fù)“自旋疊加態(tài)”;薛定諤的貓的“生死疊加態(tài)”這一系列現(xiàn)象的背后核心問題都是“正負(fù)疊加態(tài)”宇宙時空產(chǎn)生的效果。這些現(xiàn)象一旦出現(xiàn)觀測源,我們的二維視角永遠只看的到互為鏡像宇宙中的其中一個,因為我們的眼前永遠會有一面宇宙弦卻不可能同時看到兩面。物理學(xué)家稱之為“波函數(shù)坍縮”。
最后解釋“量子糾纏”現(xiàn)象,“一對量子”互為正反,無論從電荷上,自旋方式上都互為正反相互感應(yīng),當(dāng)其中一個量子的狀態(tài)發(fā)生改變,另一個互為正反的量子瞬間發(fā)生相應(yīng)的反向狀態(tài)改變,且這個瞬間改變的過程是無視距離無視時間的,這就是量子糾纏現(xiàn)象。這里我首先要說明的是在微觀世界中,量子的運行是有固定軌道的,但是我們實際觀測到的量子運行是無規(guī)律的,差別在哪里。以電子圍繞原子核為例,我們每一次觀測電子的運行軌道和方位都不相同,通過多次觀察累計觀測數(shù)據(jù)我們得知,原子核外的電子在軌道上其實呈現(xiàn)的是電子云狀態(tài),用函數(shù)波去預(yù)測電子所謂的運行狀態(tài),其實從本質(zhì)上來說是錯誤的。上文所述,宇宙是無限嵌套的球狀時空,在0-12維全維度時空中每一個時空都存在著對應(yīng)的鏡像時空,而人類觀察到只是某一個時空中的量子。
假設(shè)現(xiàn)在存在著幾個互為鏡像的時空,時空A和時空B互為鏡像,時空B與時空C互為鏡像,時空C與時空D互為鏡像,以此類推。ABCD這四個球狀時空都是以相切的方式以一點相連,如果A時空中的粒子以順時針自旋,那么B時空粒子以逆時針自旋,接下來C時空順時針,D時空逆時針。也就是說每個相鄰的時空都是以“齒輪運動”的方式相對運行,那么任意一個時空中粒子狀態(tài)發(fā)生變化,所有其他鏡像時空中的粒子狀態(tài)都是同時發(fā)生改變的。當(dāng)我們首次確認(rèn)A時空的量子是順時針自旋,那么我們可以確認(rèn)距離相距甚遠的D時空中的量子是逆時針自旋。因為宇宙弦人類視角無法觀測,所以我們直接忽略掉B;C時空的信息,甚至下一次我們無法判斷觀測的量子到底屬于B時空;C時空;D時空還是其他的什么時空。這種量子感應(yīng)是同時的且無視距離的,時空與鏡像時空為我們的視角做出了精確的信息傳遞。同理以人類的視角依然不可能同時看到兩個相距甚遠的量子,我們依然只能從一個量子的狀態(tài),去判斷另一個量子的狀態(tài)。需要說明的是,量子之間的相互作用是同時進行的,這種相互作用存在著一個絕對慣性系,沒有速度上的概念,沒有時間上的損耗。所謂的“量子糾纏”實際上的不同時空中的正負(fù)互為鏡像的結(jié)果。所以說量子糾纏是速度超越光速是完全錯誤的概念,光速作為宇宙第一速度恒定為c。
至此,“我”已通過物理學(xué)進程中的所有已知定律證明了0-12維全維度時空的正確性,同時也直接證明了時空與鏡像時空的存在,也就是所謂的“平行宇宙”的存在。如此多的論據(jù)我只想說明接下來的另一個論據(jù):宇宙從奇點而來,由光子以能量的形式轉(zhuǎn)化成現(xiàn)在我們看到的可視宇宙。但是奇點宇宙大爆炸并不是奇點的終結(jié),相反宇宙中任意一點都是奇點,物質(zhì)在特定條件下依然會被重新壓縮回奇點形成新的宇宙輪回。
1夸克級
物質(zhì)與物質(zhì)之間形成空間距離,量子力學(xué)中稱夸克級之間的距離為密度。量子力學(xué)中迄今物理學(xué)認(rèn)知,夸克空間尺度是微觀粒子中“最小”的。量子力學(xué)中常見物理單位有分子;原子;電子;質(zhì)子;中子;夸克等。
按質(zhì)量大小劃分,分子在這些物理單位中是最大的,分子以原子的三維排列方式組合而成,例如水分子是由兩個氫原子和一個氧原子組成,氫原子帶正電,氧原子帶負(fù)電。(水分子方程式H2O)。
原子由原子核和環(huán)繞原子核的電子組成,如鈉原子,有帶有11個正電荷的原子核與帶有11個負(fù)電荷的電子組成,正負(fù)電荷相互抵消,形成穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)。(電子以原子核為中心,形成由內(nèi)而外的多層運行軌道,根據(jù)愛因斯坦廣義相對論,兩個物質(zhì)距離越近時空彎曲曲率越大,相互作用力越強。根據(jù)洪特規(guī)則,電子以原子核為圓心由內(nèi)圈向外圈填滿。)
圖例
(以下均為3維時空中的2維視角,也就是把原子當(dāng)一個平面觀察,實際觀察會發(fā)現(xiàn)電子云。)
規(guī)則如下:
1.第一圈最多2個電子
2.第二圈最多8個電子
3.第三圈最多8個電子
4.第四圈最多18個電子
5.第五圈最多18個電子
6.第六圈最多32個電子
7.第七圈最多32個電子
8.第八圈最多50個電子
9.第九圈最多50個電子
...
1-7圈電子總數(shù)相加118個,也就是相對應(yīng)的原子核帶有118個正電荷,原子結(jié)構(gòu)相對穩(wěn)定。迄今發(fā)現(xiàn)第119種元素,可以理解為原子核外電子第八圈軌道,有一個極其不穩(wěn)定的無規(guī)律運動帶一個單位負(fù)電荷的電子,和原子核119個正電荷相互抵消,產(chǎn)生新的元素Uue。但只在極端條件下才能生成,例如高速原子撞擊,因為外層電子極其不穩(wěn)定,電子極易流逝,原子核為了保持穩(wěn)定,釋放出質(zhì)子和中子(中子也不穩(wěn)定衰變成帶一個單位正電荷的質(zhì)子),導(dǎo)致原子結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,從而變成質(zhì)量較輕的原子元素,這也就是新元素原來越難被人類發(fā)現(xiàn)的原因。
原子核由質(zhì)子與中子組成,自由中子是不穩(wěn)定的粒子,可通過弱作用衰變?yōu)橘|(zhì)子,平均壽命為896秒。雖然原子的化學(xué)性質(zhì)是由核內(nèi)的質(zhì)子數(shù)目確定的,但是如果沒有中子,由于帶正電荷質(zhì)子間的排斥力,質(zhì)子相互遠離,如果沒有中子參與平衡電荷穩(wěn)定原子結(jié)構(gòu)(中子更像是電源中的接地零線),就不可能構(gòu)成除只有一個質(zhì)子的氫之外的其他元素(生成氫的同位素比如氘;氚)。而中子是產(chǎn)生核裂變的關(guān)鍵性要素。
例圖
常見夸克組合為3夸克和5夸克,3夸克組合稱為質(zhì)子,5夸克組合稱為“粒子”,為什么有稱謂上的區(qū)別,因為5夸克組合不是穩(wěn)定狀態(tài),不像質(zhì)子可以直接觀測到,下文詳細描述。
3夸克組合
3夸克質(zhì)子由兩個帶有+2/3正電荷的上夸克,和一個帶有-1/3負(fù)電荷下夸克組成,3個夸克電荷疊加結(jié)果等于1個單位正電荷,與原子核中電子攜帶的1個單位負(fù)電荷正負(fù)抵消,形成穩(wěn)定的原子結(jié)構(gòu)。例如氫原子由1質(zhì)子,1個中子和1電子組成,質(zhì)子中的3個夸克形成一個單位的正電荷+1(質(zhì)子)抵消電子一個單位負(fù)電荷-1,使氫原子結(jié)構(gòu)保持穩(wěn)定,同時解放了不帶電的中子。使中子有了獨立轟擊其他重原子的能力,產(chǎn)生鏈?zhǔn)胶肆炎?,生成元素周期表中一切新元素的可能性?/p>
例圖
5夸克組合
(這里我想說點什么,雖然人類在未知領(lǐng)域的探索一直勇往直前,發(fā)現(xiàn)5夸克組合在人類歷史進程中也具有非凡的意義,同時發(fā)現(xiàn)者因此也獲得了諾貝爾獎。但我想說的是,在科學(xué)領(lǐng)域的深入探索需要有全局觀念,窺探其“表象”卻與真相失之交臂,知其然而不知其所以然,結(jié)果無疑是令人惋惜的。)
5夸克由2個上夸克、1個下夸克、1個粲夸克和1個反粲夸克組成。
圖例
迄今發(fā)現(xiàn)的夸克數(shù)量為6種即:上夸克;下夸克;粲夸克;奇夸克,頂夸克;底夸克。
同時對應(yīng)的6種反夸克:反上夸克;反下夸克;反粲夸克;反奇夸克;反頂夸克;反底夸克。(3維時空對應(yīng)鏡像4維時空)
同時代科學(xué)界對于夸克的定義出現(xiàn)綠;紅;藍三種夸克理論,為了方面表述和理解,現(xiàn)在統(tǒng)一概念如下:
綠上夸克=上夸克(+2/3電荷)
綠下夸克=下夸克(-1/3電荷)
紅上夸克=粲夸克(+2/3電荷)
紅下夸克=奇夸克(-1/3電荷)
藍上夸克=頂夸克(+2/3電荷)
藍下夸克=底夸克(-1/3電荷)
綠反上夸克=反上夸克(-2/3電荷)
綠反下夸克=反下夸克(+1/3電荷)
紅反上夸克=反粲夸克(-2/3電荷)
紅反下夸克=反奇夸克(+1/3電荷)
藍反上夸克=反頂夸克(-2/3電荷)
藍反下夸克=反底夸克(+1/3電荷)
5夸克組合由2個上夸克(+2/3電荷)+1個下夸克(-1/3電荷)+1個粲夸克(+2/3電荷)+1個反粲夸克(-2/3電荷)=1個單位正電荷(質(zhì)子)
3夸克組合和5夸克組合得到的電量單位一致1個單位正電荷(質(zhì)子),只是5夸克組合有一組正反粲夸克電荷相互抵消了,換言之3夸克組合和5夸克組合在結(jié)構(gòu)體系上根本就是一回事。只是3維時空和鏡像4維時空的一組夸克相互抵消湮滅了,同時發(fā)生質(zhì)能轉(zhuǎn)換,釋放高能光子以及伽馬射線到0-12維度所有時空中。
為什么質(zhì)子的基本機構(gòu)一定是3夸克組合,首先質(zhì)子要保持穩(wěn)定結(jié)構(gòu)必須帶1個單位的正電荷,其次夸克作為帶電粒子無法獨立存在,必須與其他夸克共同作用。其次增減夸克數(shù)量可以改變質(zhì)子數(shù)量從而改變原子核數(shù)量,形成元素之間的轉(zhuǎn)換與改變。同時夸克帶電形式為正負(fù)1/3;2/3,3個夸克之間增加任何夸克和反夸克構(gòu)成新的組合都不會造成電荷流失。(愛因斯坦廣義相對論質(zhì)能守恒定律)
夸克以下還有什么色子;繆子無非是把夸克轉(zhuǎn)化為能量的更細劃分(愛因斯坦質(zhì)能方程與質(zhì)能守恒定律)結(jié)果都是質(zhì)子帶有1個單位正電荷。(前文表述暫定本文研究范圍夸克--恒星,夸克以下不再贅述。)
例圖
距今約2500年前春秋戰(zhàn)國時期,老子在道德經(jīng)中表述:道可道,非常道,道生一,一生二,二生三,三生萬物。萬物負(fù)陰而抱陽,沖氣以為和。
2500年前,中國的古代先賢老子,其實已經(jīng)非常詳細的闡述了一切物質(zhì)的基本構(gòu)成理論。只是受限于當(dāng)時所在歷史時空的語言表述,世人無法完整的理解…至今,老子的道德經(jīng)也只是在哲學(xué)層面被世人研究與推崇…在令人驚訝,惋惜的同時不免給我們留下了更多的思考。(用數(shù)學(xué)定義表述:為什么1/3=0.333…,而三個1/3相加就等于1。)
2恒星級
物質(zhì)與物質(zhì)之間形成空間,(恒星級)宏觀力學(xué)中以恒星級計算距離以光年計算。恒星中人類熟知的太陽質(zhì)量是2.0×10^30 千克,迄今為止,天文學(xué)家觀測到的最大恒星為R136a1,質(zhì)量為265M(M代表太陽質(zhì)量),體積是太陽的27,000倍。以太陽系為例,太陽系包含恒星;行星;衛(wèi)星以及其他“宇宙塵埃”。
愛因斯坦相對論基本原理(廣義相對論+狹義相對論+補充)
狹義相對論
狹義相對性原理:一切物理定律(除引力外的力學(xué)定律、電磁學(xué)定律以及其他相互作用的動力學(xué)定律)在所有慣性系中均有效;或者說,一切物理定律(除引力外)的方程式在洛倫茲變換下保持形式不變。不同時間進行的實驗給出了同樣的物理定律,這正是相對性原理的實驗基礎(chǔ)。
光速不變原理:光在真空中總是以確定的速度c傳播,速度的大小同光源的運動狀態(tài)無關(guān)。在真空中的各個方向上,光信號傳播速度(即單向光速)的大小均相同(即光速各向同性);光速同光源的運動狀態(tài)和觀察者所處的慣性系無關(guān)。這個原理同經(jīng)典力學(xué)不相容。有了這個原理,才能夠準(zhǔn)確地定義不同地點的同時性。
洛倫茲變換:洛倫茲變換是狹義相對論中兩個作相對勻速運動的慣性參考系(S和S′)之間的坐標(biāo)變換。若S系的坐標(biāo)軸為X、Y和Z,S′系的坐標(biāo)軸為X′、Y′和Z′。為了簡單,讓X、Y和Z軸分別平行于X′、Y′和Z′軸,S′系相對于S系以不變速度v沿X軸的正方向運動,當(dāng)t=t′ =0 時,S系和S′系的原點互相重合。同一個物理事件在S系和S′系中的時空坐標(biāo)由下列關(guān)系式相聯(lián)系:
式中
,
c為真空中的光速
。其逆變換形式為
這個關(guān)系式稱為洛倫茲變換。不同慣性系中的物理定律在洛倫茲變換下數(shù)學(xué)形式不變,它反映了空間和時間的密切聯(lián)系,是狹義相對論中最基本的定義。
時間膨脹效應(yīng):狹義相對論預(yù)言,運動時鐘的“指針”行走的速率比時鐘靜止時的速率慢,這就是時鐘變慢或時間膨脹效應(yīng)??紤]在K系中的某一點靜止不動(即空間坐標(biāo)間隔為零:x=0,y=0,z=0)的一只標(biāo)準(zhǔn)時鐘,此時洛倫茲變換中的前三個方程給出:
x'=vt',y'=0,z'=0
這是時鐘在K'系中的運動軌跡,即時鐘以不變速度v沿x'軸的正方向運動。洛倫茲變換中的第三個方程給出(如下圖):
式中t是給定時鐘顯示的時間間隔,因而是固有時。由于時鐘的速度v總是比光速c小,該式中的1/(1-v2/c2)1/2(即膨脹因子)大于1,因而t'>t,即在K'系中看來運動的時鐘走慢了。但t'是坐標(biāo)時,因為它是K'系中兩個不同地點的時鐘記錄的時間之差,所以上面所謂的時間膨脹實際上是說“固有時比坐標(biāo)時小”。直接的實驗驗證包括飛行μ子壽命增長和環(huán)球飛行原子鐘速率減慢。
長度收縮效應(yīng):考慮放在K'系x'軸上的一根長桿,其長度稱為固有長度l0≡x′。但在K系看來,這根桿子是運動的,運動桿子的長度定義為同時(即時間間隔t=0)測量桿子的兩端所獲得的空間坐標(biāo)間隔。此時,洛倫茲變換給出:l≡x,運動桿子的長度變短了(l<>
宇宙線μ子壽命的增長也可用長度收縮的觀點解釋。
同時性的相對性:如果在某個慣性系中看來,不同空間點發(fā)生的兩個物理事件是同時的,那么在相對于這一慣性系運動的其他慣性系中看來就不再是同時的。所以,在狹義相對論中,同時性的概念不再有絕對意義,它同慣性系有關(guān),只有相對意義。但是,對于同一空間點上發(fā)生的兩個事件,同時性仍有絕對意義。
時間膨脹效應(yīng)以及長度收縮效應(yīng),都是基于光速不變原理通過洛倫茲時間變換公式推導(dǎo)而來,在實際實驗的過程中均得到了證實。通過洛倫茲變換可以得知,當(dāng)物質(zhì)運動速度達到光速,v=c時,在光速運動中時間膨脹效應(yīng)t’將無窮大,或者說時間不具備實際意義。當(dāng)物質(zhì)運動速度達到光速,v=c時,尺度收縮效應(yīng)L=0將無窮小,或者說尺度不具備實際意義。所以光子本身的半衰期無窮大,無時間概念,所以理論上光子可以瞬間到達無窮宇宙中的任意角落。既然光速可以瞬間到達宇宙的任意角落,為什么我們在地球上觀察光速到達其他星系需要用光年計算距離。原因很簡單,相對于光速太陽系中的任何物體的宏觀運行速度都小于光速,所以光速將小于光速的一切運動物質(zhì)都設(shè)置了時間周期。
質(zhì)能方程:E=mc2質(zhì)能方程即描述質(zhì)量與能量之間的當(dāng)量關(guān)系的方程。質(zhì)能方程中的質(zhì)量與能量之間的等量關(guān)系,不代表物質(zhì)與能量之間可以隨時無條件任意轉(zhuǎn)換,(核聚變;核裂變反應(yīng)可轉(zhuǎn)換)而是說質(zhì)量與能量本來就是同一物質(zhì)的兩個內(nèi)秉屬性,物質(zhì)既具有質(zhì)量屬性同時具有能量屬性。如同所有粒子或者量子都具有玻粒二相性,同一粒子既具有能量的波動性,也具有質(zhì)量的粒子性。
廣義相對論
廣義相對性原理:物理定律的形式在一切參考系都是不變的(這里修改為物理定律形式在一切參考系中標(biāo)量不變,矢量方向可能完全相反)。該定理是狹義相對性原理的推廣。在狹義相對論中,如果我們嘗試去定義慣性系,會出現(xiàn)死循環(huán):一般地,不受外力的物體,在其保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變的坐標(biāo)系是慣性系;但如何判定物體不受外力?回答只能是,當(dāng)物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)不變時,物體不受外力。很明顯,邏輯出現(xiàn)了難以消除的死循環(huán)。宇宙中沒有絕對的慣性系,因為沒有任何物體是完全不受力的,只有相對運動的慣性系,也沒有絕對靜止空間“以太”。為了解決這個問題,愛因斯坦直接將慣性系的概念從相對論中剔除,用“任何參考系”代替了原來狹義相對性原理中“慣性系”。
等效原理:愛因斯坦提出“等效原理”,即引力和慣性力是等效的。這一原理建立在引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量的等價性上。根據(jù)等效原理,愛因斯坦把狹義相對性原理推廣為廣義相對性原理,即物理定律的形式在一切參考系都是不變的(矢量方向相反)。愛因斯坦在解釋等效原理引力場等效于慣性力場時強調(diào)在時空中的任意一點而不是某一個區(qū)域,是因為這一點相對于時空與鏡像時空之間引力與慣性力互為彼此,矢量方向相反。互為鏡像的AB時空,A時空引力=B時空慣性力;A時空慣性力=B時空引力,當(dāng)這一點在時空中發(fā)生改變時,兩個鏡像時空中的這一點同時變化,所以引力場永遠等效于慣性力場。
引力場使時空彎曲:1911年愛因斯坦在《引力對光傳播的影響》一文中討論了光線經(jīng)過太陽附近時由于太陽引力的作用會產(chǎn)生彎曲。他推算出偏角為0.83″,并且指出這一現(xiàn)象可以在日全食進行觀測,此后此理論被多次證實。已知大質(zhì)量的天體強大的引力場可以讓光線發(fā)生彎曲,比如太陽可以讓經(jīng)過它的光線發(fā)生彎曲。前文提到組成時空的最基本且必要條件是一對處于互為鏡像時空中的正負(fù)光子,“引力子”的組成部分就是一對互為鏡像的正負(fù)光子,引力波即時空碰撞產(chǎn)生漣漪的產(chǎn)物。超強引力場讓光子路線發(fā)生彎曲,進而使時空發(fā)生彎曲。
引力場使時間變慢:廣義相對論的另一個預(yù)言是,在像地球這樣的大質(zhì)量的物體附近,時間顯得流逝得更慢一些。這是因為光能量和它的頻率(光在每秒鐘里搏動的次數(shù))有一種關(guān)系:能量越大,則頻率越高。當(dāng)光從地球的引力場往上行進,它失去能量,因而其頻率下降(這表明兩個相鄰波峰之間的時間間隔變大。)在上面的某個人看來,下面發(fā)生的每一件事情都顯得需要更長的時間。換句話說,天體質(zhì)量決定著天體的自轉(zhuǎn)速度和公轉(zhuǎn)速度,同時也決定著天體自身的時間周期。也就是說任何和地球質(zhì)量不等的天體都具備著自身的時間周期,根本就沒有所謂的宇宙共有時間。
愛因斯坦場方程:R_uv-1/2*R*g_uv=κ*T_uv
Rμν-(1/2)gμνR=8GπTμν/(c*c*c*c) -gμν
愛因斯坦場方程是一個非常復(fù)雜的二階偏微分方程,有16個自變量,幾乎可以說有無數(shù)個解。愛因斯坦的神奇之處就在于在無任何規(guī)則基礎(chǔ)之下可以找尋基本規(guī)律,我們只能通過場方程求解與實際運用觀測去驗證,且一次又一次的被證實場方程的正確性。這里重點說一下里奇張量,愛因斯坦場方程的解包含有一個確定的半黎曼流形(黎曼幾何中的近似半球體),為什么是一個近似半球體而不是整個球體呢。我在這里無法解釋愛因斯坦在推導(dǎo)場方程時為什么推導(dǎo)的1/2里奇張量,我現(xiàn)在只能解釋在任意時間下,我們身處的宇宙只是互為鏡像的兩個時空中的一個。通過愛因斯坦場方程解推導(dǎo)出一系列學(xué)科,包括宇宙學(xué);黑洞學(xué);引力波;奇點等等。
奇點:廣義相對論的另一個普遍卻又令人困擾的特色問題是時空的分界線—奇點的出現(xiàn)。時空可以通過沿著類時和類光的測地線來探索,這些路徑是光子及其他所有粒子在自由落體運動中的可能軌跡,但愛因斯坦場方程的某些解具有“粗糙的邊緣”—這被稱作時空奇點,這些奇點上類時或類光的測地線會突然中止,而對于這些奇點沒有定義好的時空幾何來描述。需要說明的是,“奇點”往往可能并不是一個“點”:那些場方程的解的“粗糙邊緣”在既有坐標(biāo)系下,不僅可能是一個“點”,還可以以其他幾何形式出現(xiàn)(比如克爾黑洞的“奇環(huán)”等)。一般意義上的奇點是指曲率奇點,這是說在這些點上描述時空曲率的幾何量,例如里奇張量為無限大(曲率奇點是相對所謂坐標(biāo)奇點而言的,坐標(biāo)奇點本質(zhì)上不屬于奇點的范疇:有些度規(guī)在某個特定坐標(biāo)下會產(chǎn)生無窮大,但本質(zhì)上這些點不具有奇性,在其他合適的坐標(biāo)下是光滑的,也不會產(chǎn)生無窮大的曲率張量)。描述未來的奇點(世界線的終結(jié))的著名例子包括永遠靜態(tài)的史瓦西黑洞內(nèi)部的奇點,以及永遠旋轉(zhuǎn)的克爾黑洞內(nèi)部的環(huán)狀奇點。弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規(guī),以及其他描述宇宙的時空幾何都具有過去的奇點(世界線的開端),這被稱作大爆炸奇點,而有些還具有未來的奇點(大擠壓)。
考慮到這些模型都是高度對稱從而被簡化的,人們很容易去猜測奇點的出現(xiàn)是否只是理想狀態(tài)下的不自然產(chǎn)物。然而著名的由全局幾何證明的奇點定理指出,奇點是廣義相對論的一個普遍特色結(jié)果,并且任何有質(zhì)量的實體發(fā)生引力坍縮并達到一個特定階段后都會形成奇點,而在一系列膨脹宇宙模型中也一樣存在奇點。不過奇點定理的內(nèi)容基本沒有涉及到奇點的性質(zhì),這些關(guān)于確定奇點的一般結(jié)構(gòu)(例如所謂BKL假說)的問題是當(dāng)前相關(guān)研究的主要課題。另一方面,由于在對于物理規(guī)律的破壞方面而言,一個被包裹于視界之中的奇點被認(rèn)為要好過一個“裸”的奇點,故而宇宙監(jiān)督假說被提出,它認(rèn)為所有未來的實際奇點(即沒有完美對稱性的具有實際性質(zhì)的物體形成的奇點)都會被藏在視界之內(nèi),從而對外面對觀察者不可見,即自然界憎恨裸奇點。盡管還沒有實際證據(jù)證明這一點,有數(shù)值模擬的結(jié)果支持這一假說的正確性。
(以上是廣義相對論百度百科對于奇點的解釋,也代表著現(xiàn)在人類對于奇點認(rèn)識的最前沿認(rèn)知。接下來詮釋我對與奇點的解釋。)
宇宙大爆炸來源于奇點,我的解釋奇點“可虛可實”且奇點并不是完成宇宙大爆炸以后就消失不見的,奇點無處不在。那么奇點究竟是什么組成的,我的答案奇點是光。首先組成“引力子”結(jié)構(gòu)的是一對互為鏡像的光子,引力由時空扭曲產(chǎn)生的時空曲率形成的物質(zhì)短程線相互運動,同時光速恒定定義局部宇宙的時間,也就是說光造就了引力場與時空。其次根據(jù)量子場理論,一對正反粒子可發(fā)生湮滅變成一對高能γ光子,而一對高能γ光子在高溫下亦可發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生一對正反粒子。比如在T=1015K的溫度下可發(fā)生光子向質(zhì)子和中子等重子的轉(zhuǎn)化。最后根據(jù)愛因斯坦光電效應(yīng),當(dāng)光照射到金屬表面時,光的頻率小于一個極限頻率,金屬就能發(fā)射電子,這個極限頻率取決于金屬材料。金屬材料本身被光子照射以后吸收光子的能量,金屬核外電子動能立即時增大,產(chǎn)生克服原子核的引力,電子瞬時逃逸。
至此由光子開始產(chǎn)生構(gòu)成原子結(jié)構(gòu)基本條件:質(zhì)子;中子;電子。當(dāng)光子在宇宙時空中無處不在的存在著,適應(yīng)條件下光子可以生成大量的質(zhì)子;中子;電子,進而產(chǎn)生大量原子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。所以宇宙大爆炸中的奇點并不是無中生有,而是由光子通過質(zhì)能方程E=mc2置換生成的物質(zhì)世界。
宇宙中無處不在的光子就是物質(zhì)與能量之間的臨界點,既生成物質(zhì)同時也以能量的形式輻射整個宇宙。同時光作為奇點穿梭于任何時空與平行時空之間,定義著宇宙中的時間;空間;引力場;能量傳遞等一系列物理規(guī)律。
以上以愛因斯坦相對論基本原理作為支撐以后,開始詳細闡述宇宙大爆炸完整演過程:
(3維時空)→恒星→奇點→黑洞→宇宙大爆炸→恒星→奇點→黑洞→
(3維時空)循環(huán)交替→(時間屬性方向唯一)
(4維鏡像時空)←黑洞←奇點←恒星←宇宙大爆炸←黑洞←奇點←恒星←
(4維鏡像時空)←循環(huán)交替(時間屬性方向唯一)