病人最害怕的是,一种特效药突然失效。日常人最害怕的是,突然置身于一个陌生的环境。科学家最担心的是宇宙的规律会在时空中变化。
电子是带负电的亚原子粒子,它们决定了世界上几百万种化合物的存在形式。根据量子力学的观点:电子是物质的基本单位,电子没有结构。虽然科学家们已经研究电子很久了,但电子的确切半径还不知道。现在只能给出电子的库伦半径。
理论上,电子的体积是0。当然零体积的东西是没办法测量的。丁肇中教授曾经用把电子装到足够小的“口袋”里的方法来测量电子的直径。这种足够小的“口袋”叫做“势能陷阱”。
实验的结果显示:无论口袋做的多小,电子都能被放进去。
》在人类的测量范围里面,电子的体积没有下限的。
电子是1897年由英国物理学家约瑟夫·约翰·汤姆森爵士发现的。1913年,美国物理学家罗伯特米利坎精确测量了电子的电荷。最新的研究表明,电子的电荷为1.60218×10-19库仑,质量为9.10939×10-31千克。
尼尔斯·玻尔、沃尔夫冈·泡利等人在20世纪20年代发现了电子在原子中分布的模式,电子排列在离原子核不同距离的地方,排列成称为壳层的能级。
》电子没有体积、没有结构,却具有功能,这本身是一件很神奇的事情。
原子核带有不同的质子数,质子数越多,电荷越大,对于电子的吸引力也就越大!最内层的电子距离原子核的距离也就越近。
这一点和万有引力很像,两者之间的吸引力也是和半径的平方成反比!
一个恒星系统缩小以后就会变成类似原子的结构。这不能不让我们思考宇宙之间的运动规律是否在大和小之间有某种简单转换。
最外层的电子数决定了原子的化学行为。如果一个原子与另一个原子结合形成一个分子,那么最外层的电子就从一个原子转移到另一个原子,或者在原子之间共享。
氢原子是最简单的原子。只有一个质子和一个围绕着质子旋转的电子。
》描述电子的参数有4个:主量子数,角量子数,磁量子数,以及自旋数。
不过这个自旋数是固定的,都是1/2。
电子是费米子的一种,费米子自旋数全部是半整数。
电子的这4个参数,我们可以用一个人来比喻,分别对应于一个人的容貌,身高,肤色,体重。
现在问大家一个问题:人的容貌、身高、肤色和体重可不可以分离的?
当然是不可能的,因为这几个属性都是附属于具体的人的身上的。
但是在电子的身上却不一样,这些属性是可以被分离的。科学家目前可以做到有条件分离电子身上的几个属性。
如果一觉睡醒来发现自己全身变得透明,人是不是感觉很惊悚?
但是在量子的世界就是如此!
这说明量子力学是唯象的,不是唯物的!
如果世界的本质是唯象的,那么历史是不是可以被任意涂抹?
这句话可以理解成量子力学诞生以前的世界,和量子力学诞生以后的世界是不一样的。很多人对这个解释有反感,但是实际上这个是量子力学的哥本哈根诠释:基本粒子在不被人类测量之前,是一种模糊的存在形式。
》电子的属性在被观测之前,是不存在的。
那么什么是一个观测?
如果说观测只是人类能够进行的话,那么问题就大了。宇宙的存在性从何而来?量子力学诞生不过100年。
而人类认为宇宙已经诞生了138亿年。如果说100年前宇宙不存在,那么古人是如何生活的。
唯一的合理解释就是,宇宙一直就被某种智慧操纵。
当然,这个观点是没有办法100%确定证实,但是有一些现象,与这个解释不矛盾。
为什么人类能够操纵的物质世界都会被限定在光速以内,但是我们在宇宙中可以发现一些超光速的现象。
》如果古代的光速和现代的光速有差别,可以证明宇宙运行的规律被改变过。
遥远的星光射到地球上,都是在宇宙中旅行了上亿年的时间,我们只要能够测量这些光的速度,就可以证明古代的光和现代的光到底有没有差别,不过可惜的是这些光的速度是没有办法直接确定的,然而我们可以用另外一种方法。
这种方法就是:研究原子光谱的谱线。
》原子光谱的谱线不连续,如同超市条形码。
当电子在原子核外轨道运行的时候,从不同的能级向另外的能级跳跃,就会吸收或者发射不同波长的光,这些不同波长的光之间有一条非常细的空白地段,会形成像超市里商品条形码那样的结构。
如果光速是不变的,这些谱线中间的空白带宽度就不会改变。
只要测量一下遥远星光的原子光谱,和地球上的原子光谱之间的差别,就可以确定古代的光速有没有改变。
澳大利亚科学家曾经测定过1.5亿年前外星原子光谱,发现谱线间距有1/10万的差别。
1/10万的差别,看起来很小。光速30万公里每秒,1/10万的差别就意味着3公里每秒的差距。
这个差距是不允许的。因为根据量子力学,只允许光速产生普朗克尺度的误差。
》科学家担心宇宙的规律会在时空中变化。
有些宇宙学理论,特别是那些属于“多元宇宙”理论范畴的理论,确实允许在不同空间区域的规律是不同的,尽管一般情况下只有在比我们所能观察到的要大得多的尺度上。一般说来,在这类理论中,真正意义上的隐性基本定律在任何地方都是一样的,但宇宙在不同地区的演化方式却是如此的不同。
也许真的存在热力学第二定律可以被逆转的“天堂”。
当宇宙从非常高的温度冷却下来时,它可能经历了各种各样的转变,或多或少类似于相变,其中最初的对称状态变成了不太对称的状态。在这些转变中,最终状态的产生可能有不同的方式,可能存在着完全不同种类的粒子。
宇宙中可能有不同的区域,在这些区域中,对称性的破坏会以不同的方式进行,在这种情况下,“明显的”定律在不同的区域会完全不同,但可能只有在比我们所能看到的大很多数量级的尺度上。
不管是东方还是西方,古代的人往往认为,神仙比我们正常人类的身材要高大的多,也许古人真的发现了什么秘密。
从宇宙的诞生,到人类的诞生,都经历了什么?
在宇宙大爆炸后的千分之一秒左右发生了很多变化。随着宇宙的膨胀,它逐渐冷却,很快条件就足够温和,使得夸克聚集成质子和中子。大爆炸一秒钟后,宇宙的密度下降到足以使中微子能够向前飞行而不撞到任何东西,从而产生了所谓的宇宙中微子背景,但科学家尚未发现此种情况。第一个原子 在宇宙诞生的前3分钟,质...
宇宙如何起源和变化的?
宇宙在时间上是无限的,时间是物质运动变化的连续性表现。根据爱因斯坦的相对论和能量守恒定律,质量和能量可以相互转化,宇宙和时间都是无始无终的。5. 相对论的提出 爱因斯坦的相对论改变了人们对时空的固定观念,提出了“同时的相对性”和“四维时空”等概念,对现代物理学产生了深远影响。6. 宇宙大爆...
宇宙诞生于180亿年前的大爆炸,也就是说,此前没有宇宙,那是什么呢?
由于中性原子核的大量形成,宇宙开始产生气态物质,恒星和恒星系开始大量形成。之后宇宙的物质密度开始不断缩小,整体处于膨胀状态中,直到今天也如此。大爆炸简史 大爆炸理论之所以受到广大科学家的认可,有两个非常权威的原因:不论是爱因斯坦广义相对论,还是现代天文学观测到的“红移”现象,都证明了它的正...
谁能简述一下宇宙变迁的过程
按照大爆炸理论,宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的,从那里诞生了时间和空间、质量和能量,从而由物质小微粒聚集成大团的物质,最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前,宇宙中没有物质,没有能量,甚至没有生命。但是,大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样,或者说发生这...
宇宙是如何形成的?
一般认为,宇宙产生于140亿年前一次大爆炸中。大爆炸后,分子碰撞,并产生光、热。大爆炸后30亿年宇宙,最初的物质涟漪出现。大爆炸后20亿~30亿年,类星体逐渐形成。大爆炸后100亿年,太阳诞生。38亿年前地球上的生命开始逐渐演化。大爆炸散发的物质在太空中漂游,由许多恒星组成的巨大的星系就是由...
人类能够拯救宇宙,人类对宇宙的影响有多大呢?
物理学的出现和发展,为人们认识世界和改造世界打下了坚实的基础,我们能够从很多理论中找到能够用来解释某些现象的原理,同样也可以举一反三,以此来创造一些新的工具。宇宙中的万事万物都在不断运动和变化,由于它浩瀚无边,人类能够获得的线索也十分有限,所以相对来说,我们只能够掌握一部分的宇宙奥秘。
宇宙有多大,大爆炸是什么,
最初的1秒钟之后,宇宙的温度降到约100亿度,这时的宇宙是由质子、中子和电子形成的一锅基本粒子汤。随着这锅汤继续变冷,核反应开始发生,生成各种元素。这些物质的微粒相互吸引、融合,形成越来越大的团块,并逐渐演化成星系、恒星和行星,在个别天体上还出现了生命现象。然后,能够认识宇宙的人类终于诞生了。 这幅大...
人类宇宙观的演变主要经历了哪几个阶段
先是提出了地心宇宙观,放弃地心宇宙观以后又提出了日心宇宙观。直到20世纪人们才认识到,我们的太阳不过是处在一个普普通通星系边沿的一颗普普通通的恒星。我们的星系是一个大星系团外部的一个松散星系群的一员。甚至这个星系团(即室女座星系团)同我们在宇宙中其他地方看到的真正巨大的星系团相比,...
既然人类发现了宇宙膨胀,那么宇宙有没有膨胀中心呢?
人类的物理学也好,宇宙学也罢,都是在大爆炸之后才诞生的,研究的都是大爆炸之后发生的事,而奇点时期物理学并不存在,人类对它也就一无所知了。除了大爆炸奇点外,宇宙中还存在许许多多的“黑洞奇点”,目前已知的所有物理定律,在黑洞奇点也会全部失效。目前而言,不论从何种角度来寻找...
宇宙小常识
一、人类对宇宙的认识过程 在中国西周时期,生活在华夏大地上的人们提出的早期盖天说认为,天穹像 一口锅,倒扣在平坦的大地上;后来又发展为后期盖天说,认为大地的形状也是 拱形的。公元前 7 世纪 ,巴比伦人认为,天和地都是拱形的,大地被海洋所环绕, 而其中央则是高山。古埃及人把宇宙想象成以天为盒盖、大地为...