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自从科学诞生之日起,科学家就一直走在统一的道路上,牛顿统一了天上地下的物体运动规律,麦克斯韦统一了电和磁,爱因斯坦统一了时间和空间,质量和能量,杨振宁统一了电磁力与弱核力;统一场论是物理学的终极梦想,如果谁真的能统一四种基本力,那么他的功绩是绝对是前所未有的来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202412-59.html。
物理学喜欢追求统一
在十七世纪,德国天文学家开普勒提出了行星运动三大定律,从表象层面解释了天体的运行规律,但是却不知道三者之间的联系;直到几十年后,牛顿提出万有引力定律和物体运动三定律,从本质上解释了开普勒三定律,统一了天上地下物体的运动规律,这也是物理学的第一次大统一。
牛顿力学建立之后,科学家开始建造整个经典力学大夏,在1865年,英国科学家麦克斯韦提出电磁学方程组,完成了电和磁的统一,一切电和磁的规律和现象,都由方程组精确描述着,这也是经典力学的巅峰之作来源:https://www.atermamicrowave.com/bkjj/202412-92.html。
而统计力学的出现,从微观角度解释了宏观物体的温度、压力等等问题,完成了微观和宏观的局部统一,但是更深层次的微观现象还无法统一进来,比如黑体辐射、光电效应等等,于是量子力学应运而生,在1926年,薛定谔发表了薛定谔方程。
薛定谔方程描述微观粒子的物理现象,而宏观物理现象可以通过大量微观粒子的平均统计结果得出,量子力学应用到宏观世界后也将退化为牛顿力学,于是量子力学完成了微观和宏观的统一,需要指出的是,量子力学是许多科学家共同努力的成果。
而爱因斯坦的狭义相对论和广义相对论,完成了质量和能量、空间和时间的统一,把人类文明带到了全新的高度,而且这一壮举的绝大部分工作,都是由爱因斯坦一人完成的;再后来,杨振宁完成了电磁力与弱核力的统一。
四种基本作用力
目前,四种基本作用力中的三种,都能在量子电动力学中得到非常好的解释,唯有引力还无法量子化,虽然引力的强度远比其他三种力弱,但是引力控制着宏观世界的运行来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-1.html。
力?是一个抽象的概念,容易给人造成误解,现代的基础物理学中,我们更多地用?相互作用?来代替?力来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-61.html?,用?场?来描述相互作用的传递过程,比如万有引力中有引力场;在爱因斯坦的广义相对论中,更是认为来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-39.html?引力来源:https://www.atermamicrowave.com/zhishi/202412-20.html?不存在,引力只不过是空间弯曲的表象而已,而空间弯曲是空间的内秉属性,由空间中的质量和能量分布决定。统一场论
爱因斯坦一生极力追求物理学的统一,他在建立广义相对论后,后半生一直在研究统一场论,统一场论是从场的概念出现,建立统一描述基本相互作用的本质和内在联系,换句话说就是四种基本作用力的统一。
由于万有引力定律和库仑力有着相似的形式,于是爱因斯坦建立广义相对论后,试图用同样的方法来解释电磁力,但是直到爱因斯坦去世,电磁力的几何化并没有获得成功,统一场论的任务留给了后来的科学家们。
经过几十年的发展,目前也发展起来一些理论,将来有可能完成物理学的终极统一,比如超弦理论、量子引力论等等。来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-58.html
统一的意义
可以这么说,宇宙中各种事物间的发展和演化,都伴随着相互联系,它们之间的联系正是通过相互作用完成的,我们有理由相信这之间的联系遵循一套数学描述。来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-3.html
但是目前而言,科学家却发现这之间的联系需要用四个数学体系描述,也就是四种基本作用力,这是科学家不能接受的,它们肯定会在更深层次上完成统一。来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-159.html
一旦我们获得了这个终极理论,我们就能根据终极理论精确地推测我们宇宙的起源、演化、以及未来的发展方向等等;如果有谁能统一四种基本作用力,那么他的成就绝对是前所未有的来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202412-87.html。
量子力学三大定律为:量子力学第一定律超光速,量子力学第二定律宇宙无引力,量子力学第三定律宇宙神学。
该理论形成于20世纪初期,彻底改变了人们对物质组成成分的认识。微观世界里,粒子不是台球,而是嗡嗡跳跃的概率云,它们不只存在一个位置,也不会从点A通过一条单一路径到达点B。
根据量子理论,粒子的行为常常像波,用于描述粒子行为的“波函数”预测一个粒子可能的特性,诸如它的位置和速度,而非确定的特性来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-332.html。物理学中有些怪异的概念,诸如纠缠和不确定性原理,就源于量子力学。
量子力学问题来源:https://www.atermamicrowave.com/xwzx/202412-41.html
按动力学意义上说,量子力学的运动方程是,当体系的某一时刻的状态被知道时,可以根据运动方程预言它的未来和过去任意时刻的状态。
量子力学的预言和经典物理学运动方程(质点运动方程和波动方程)的预言在性质上是不同的。在经典物理学理论中,对一个体系的测量不会改变它的状态,它只有一种变化,并按运动方程演进。因此,运动方程对决定体系状态的力学量可以作出确定的预言。来源:https://www.atermamicrowave.com/cshi/202501-446.html
量子力学可以算作是被验证的最严密的物理理论之一了。至今为止,所有的实验数据均无法推翻量子力学。大多数物理学家认为,它“几乎”在所有情况下,正确地描写能量和物质的物理性质。虽然如此,量子力学中,依然存在着概念上的弱点和缺陷,除上述的万有引力的量子理论的缺乏外,至今为止对量子力学的解释存在着争议。
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