有哪些看似荒谬,其实很科学的理论@知乎、@量子力学
生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
有哪些看似荒谬,其实很科学的理论@知乎、@量子力学
小編覺得挺不錯的,現在分享給大家,幫大家做個參考.
1、“一個電子會同時通過兩條縫隙。”
電子雙縫干涉實驗已經快百年了,其背后蘊含的微觀世界的物理早已被人熟知,量子力學也經過了各種其它實驗的檢驗,目前它的擴展和應用更是層出不窮。然而,因為普通人對其所謂“直觀理解”的偏差和物理學界本身對量子力學詮釋上的爭論,使其蒙上了一層神秘的色彩,很多時候又帶著一層哲學味道。
早年對電子雙縫實驗的理解,認為其是大量粒子的統計結果,直至人類有能力讓電子或光子一個個通過。結果人們發現“單電子”也能產生干涉條紋。當我們在縫隙后裝上儀器,試圖去“觀測”電子到底從哪條縫隙通過時,電子干涉條紋竟然“神秘地”消失了。
傳統的哥本哈根詮釋認為“測量”本身會影響觀測系統,在沒有觀測前,電子波函數彌漫全空間,體現“波動性”,所以有干涉效應;當我們試圖觀測電子“位置”時,電子波函數發生了所謂“瞬間塌縮”,被投影到某個位置空間,體現所謂“粒子性”,因此就沒有干涉了。
但這個解釋顯然不能讓人滿意。從“直觀理解”上講,這簡直是“有點荒謬”的,作為沒有思想的“電子”,它怎么知道,我在觀測它?然后它會作出反應,會發生所謂“塌縮”?而且還是“瞬時”的。更進一步去深究,物理世界到底有沒脫離我們測量的“實體”?一旦測量本身會對結果有影響,那么我們所“認知”或是“看到”的物理世界完全是“我們”或是“實驗儀器”跟“客觀世界”共同作用的結果,“物理實在”在哪里?
特別經過十幾年馬克思主義唯物論XN的國人來說,沒有一個脫離“思維”、“觀測”、“儀器”存在的“客觀世界”是不可想象的。當然我前面說的都是“詮釋”腦洞大開的結果,與量子力學基礎理論和實驗都沒多大關系。但這個給人太多的理由攻擊和責難量子力學,到現在依舊如此。
我想說現今的物理學家大多不去爭論這個問題。管它哥本哈根多世界隱參數,能用的理論就是好理論。而量子力學就是這么個奇妙的東西,理論無比正確,實驗無比精細,應用無比廣泛,大家卻對其基本假設或解釋知之有限,而傳統的解釋卻又讓人感覺“荒謬”。以為這就完了?NoNoNo。下面我會再講一個更“奇怪”的東西:
2、“遠到無窮遠的糾纏。”
好了我來更新這個浪漫的物理了。大話西游那句經典的話:“當時這把劍離我的喉嚨只有0.01公分,但是四分之一柱香之后,那把劍的女主人將會徹底的愛上我:曾經有一份真摯的感情擺在我的面前我沒有珍惜,等我失去的時候才追悔莫及,人間最痛苦的事莫過于此,你的劍在我的咽喉上刺下去吧,不用在猶豫了!如果上天能給我一次再來一次的機會,我會對哪個女孩說三個字:我愛你,如果非要在這份愛上加一個期限,我希望是一萬年!” 其實吧,從物理角度來看,0.01公分的距離還長著呢,一萬年?在宇宙的年齡中甚至連一眨眼都不是。但卻有某些粒子,從他們產生的那一刻,就注定無法分離,相守終身,即使他們飛到宇宙邊界,也永遠糾纏在一起。
這就是糾纏態。
糾纏態是個神馬東西?其實挺好理解。假定在原點處有個自旋為0粒子的基態,在某個時刻發生衰變,出射出兩個自旋為1(要么上要么下)的粒子。根據量子數守恒,因為總自旋為0,這兩個粒子自旋方向肯定是相反的。這些都沒有問題,“糾纏”的問題并不在這里。按我們“經典”的理解,這兩個粒子好比左右手套么,總是配套的,一個左手的另一個就是一個右手的,一個右手的那么另一個就是左手的(愛因斯坦的理解)。但我想說,這種理解是錯誤的。而且被實驗證明是錯誤的。
什么意思?這里面有什么偏差?把這兩個粒子比喻成左右手套,意味著從分離的一剎那,他們的狀態就“確定”了。這有什么錯?我先說在量子力學中對這兩個粒子的理解:從衰變開始,這兩個粒子的自旋是“不確定”的,他們是一個整體,不可分割,只有在我們通過“測量”確定其中一個粒子的自旋方向后,另一個粒子的自旋才能被“確定”。也就是說它們之間似乎有一只“無形的手”連接,而這只“無形的手”竟然是“超距”和“瞬時”的。
等等,有人會說,你這么說,不過是解釋起來不同而已,聽起來還是左右手套那種“確定論”靠譜一些,好像兩者描述的事情沒什么不同啊。這位同學,你很聰明。如果單從一個方向描述(一維),比如例子自旋的Z方向,兩種描述在物理上根本沒什么區別,反而后一種聽起來更加“荒誕不經”,什么?測量?什么?超距作用?那因果律呢?光速不能超越呢?想擱哪去?
但別忘了,這個世界是三維的。三維的意思,自旋在坐標系下是有三個維度的。在我們”確定“一個粒子自旋時,我們觀測的方向只是粒子真實自旋方向在某個坐標系下某個坐標軸的”投影“而已,也就是說我們一次只能測定x、y、z三個軸中的一個方向的自旋。那么問題就來了。”經典理解“和”量子力學理解“就會在實驗上有明顯的偏差。
這個偏差理解起來也是很簡單的。如果世界是”經典“的,粒子從衰變后自旋是”確定“的,那么”觀測“本身不會對粒子自旋造成任何影響,我們只得到一系列”分立“的自旋模式,而這些”分立“的自旋模式每種概率加起來是1,最關鍵的一點:這些概率與任何觀測角度無關。但是,如果這個世界是”量子“的,粒子在分離后自旋方向不確定,兩者從產生后就不可分離,相關性很強,只有在測量后,波函數塌縮,我們才能確定兩者自旋方向,而不同方向的測量跟測量方式相關,因此相關性和概率不是線性的(經典情況)而是連續的,而且與觀測角度有關。
學過基本概率論都知道,如果兩個系統無法交換信息,他們的相關性必須滿足某種隨機概率上的限制,是有一定的”極限“的;如果兩個系統是關聯的,那么他們的相關性則不用滿足隨機分布的相關性極限。在糾纏態的例子中,這個極限就是貝爾不等式(不同方向自旋測定的相關性需要滿足的式子): |Pxz-Pzy|≤1+Pxy。
關于貝爾不等式的詳細解釋請參看One Two的知乎:貝爾不等式究竟是在闡述什么問題? - One Two的回答?。關于貝爾不等式的實驗影響深遠。這不僅證明了愛因斯坦觀點的錯誤,量子力學的確是”非定域“的,也對未來的量子力學應用打下了堅實的基礎。目前很多實驗室(包括中國中科院潘建偉院士的工作)已經制備了多個粒子量子糾纏的遠距離量子通信。但需要說明的是,糾纏態與”超光速“、”信息不守恒”并沒多大關系。量子通信里,另一個粒子雖然相隔很遠都能“感受”地球上另一個粒子的“信息”,但這種信息交換需要“經典信道”傳回才能使用,換句話說糾纏態只是個“中間數學過程”,物理可觀測量并無法做到“超光速傳輸”。
很多女生是不是覺得如果跟男友或老公也有這么個“糾纏”挺好,O(∩_∩)O哈哈~但我想說的是,前面兩個似乎都是量子力學中在微觀上奇特效應,當年最有名“最荒謬”最不可思議的,當屬薛定諤那只:
3、“不死不活的貓。”
關于這只貓,網上可以找到多個類似但本質相同的版本,我這里就不贅述了。實際上并沒有真正的一只貓是“不死不活”的,因為薛定諤當年提出這只“貓”的目的只是為了反對哥本哈根幾率詮釋的一個理想實驗,薛定諤認為量子態演化應該遵循薛定諤方程和態疊加原理,而不可能發生因為觀測導致的“塌縮”。實際上與哥本哈根詮釋密切相關的,量子力學的奠基人之一尼爾斯.玻爾本人也對“觀測”導致的量子態“塌縮”持有一定的疑義,為了避免出現量子力學在宏觀尺度的悖論,提出了對應原理,即大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似于經典行為(也是怕了這只貓的結果)。
同貝爾不等式類似,兩者提出時均為理想實驗,但兩者又有明顯的區別。貝爾不等式是微觀尺度的理想實驗,后來被人們改進后成為了“真正實驗”,從而否定了定域隱變量理論;而“薛定諤的貓”屬于宏觀實驗。實驗觀測宏觀甚至介觀尺度的量子力學效應都是非常困難的,因為在量子力學中有個很重要的結論,那就是退相干。
具體什么是退相干是個很復雜的物理問題,這里面又涉及到微觀因果律、色散關系等很數學的東西,就不具體說了。大家只要知道一個事實就可以:貓不死不活的疊加狀態即使被制備出來,它受到很強烈的環境限制,比如盒子里的空氣啊細菌啊病毒啊貓自身的運動啊甚至地球自轉公轉還有最關鍵的溫度等等,這些環境因素會發生所謂的“擾動”,這些“擾動”實際上是在“打開盒子觀測”前,就對“貓態”進行了多次觀測,在這些“擾動”下,“不死不活”的疊加態及干涉項會迅速隨時間指數衰減到0,只剩下兩個經典的“波包”:要么是死貓,要么是活貓。所以在現實中,打開盒子之前,“貓”的生死因為退相干早已決定了,而不是因為打開盒子的“觀測”再發生“塌縮”。根據量子力學的基本原理,“退相干”的速度與觀測物尺度成正比:越大的物體退相干越快。
最近二十年的實驗工作,雖然沒有制備如貓尺度大小的量子疊加態,但實現了介觀尺度,也就是大量原子或電子的貓態。這個尺度對于量子微觀尺度來說已經算是“宏觀”的了,但離“貓”的尺度還相去甚遠,而且制備的疊加態很快就因為退相干衰減掉了。雖然制備了很多這樣的“貓態”,但人們仍舊不清楚量子疊加態如何“塌縮”為單個的量子本征態。也不知道在幾率的微觀世界下,如何組成如此特殊和確定性的宏觀世界。
圍繞這個問題,以及很早年的“上帝擲骰子嗎?”這類問題,物理學家提出了很多新的量子力學詮釋,從而使這個問題更加開放:從最早年的哥本哈根詮釋,到目前火熱的多世界詮釋,以及死而不僵的隱參數理論(非定域),還有什么系綜詮釋、關系詮釋、客觀塌縮詮釋等等。這是個腦洞大開的領域,雖然因為越做越哲學也逐漸成為物理學里的“肥豬流”領域。然而,既然提到了上帝,我們目前尚不知道上帝擲不擲骰子(不同詮釋下對波函數和其運動方程的理解是不同的),但我們卻知道另外一個事實:
4、“上帝(竟然)是左撇子。”
這個草稿是2014年寫的竟然更新到2015年了。。。要提到左右手的事情就不得不提手征性了,其實手征性這個事情也不是那么難理解。比如以地球為例,我們定義由南到北的方向為“軸向”,那么地球自轉遵循的定律就是右手定律,即拇指方向為軸向,另四個手指方向為旋轉方向。而如果存在一個“鏡像”的地球,它的自轉遵循的就是左手定律。左手和右手的旋轉不依賴于觀測坐標系的選取,是“星球”自身的屬性,比如地球不可能忽然由自西向東變成自東向西的旋轉,可以認為在某種對稱性下(宏觀是平移和轉動對稱性)是“不變”的。這就說所謂的“手征性”。在微觀領域,粒子的“自旋”并不能真正看成類似地球的轉動,但是的確可以把粒子以洛倫茲不變的方式,將其區分為“左旋”和“右旋”的。當然左右是相對的,依賴軸向的選取,但只要選取一種軸向規則,粒子的手征性就必然“固定”了。在量子場論里,一個四分量旋量場可用γ_5矩陣分解為兩個二分量部分,可各自作為洛倫茲群的表示,如果把其中一個二分量場定義成“左手”的那么另一個就是“右手”的。
按照直觀的理解,粒子的“左右手”應該是對稱的,左旋粒子只是右旋粒子的鏡像而已,他們應該遵循相同的物理規律,這就是所謂的”手征對稱性“,而在粒子相互作用時,就體現為所謂的”宇稱守恒“。但是,這個直觀的看法卻是錯誤的,因為聽起來很荒謬,但從目前各種實驗上看,上帝的確是有所偏向的。
我們先不談太復雜的物理。即使在其它領域,手征性也是比較明顯的。比如制藥領域。很多時候必須分清左右旋藥物的不同藥物動力學機制,如果兩者很不相同,我們只需要其中一種,就必須進行提純(否則有可能另一種鏡像藥物會吃死人)。在化工領域更是了。從結構上講,一種“左旋“結構體只是另一種”右旋“結構體的鏡像而已,按常理不會出現較大差異,可是自然規律卻真不是這樣。
大家都知道楊振寧和李政道獲得諾貝爾獎的貢獻是因為“發現宇稱不守恒”,可是這個背后究竟是什么呢?當時還沒有粒子物理的標準模型(也可以說李楊對此建立也做出了貢獻),而物理學家根據”常理“相信自然界(基礎物理,非化學)左右手是對稱的,而且實驗上在QED(量子電動力學)和強相互作用中也看到了這種對稱性。左右手對稱性是鏡像對稱的一種,鏡像對稱用數學語言講就是宇稱,宇稱簡單講就是一種粒子的屬性,粒子波函數在某種反演下,比如電荷(C)、空間(P)、時間(T)反演下的固定性質,如果波函數不變,類似偶函數,叫偶宇稱,如果波函數相差個負號,類似奇函數性質,叫奇宇稱。宇稱守恒的意思是反應前后各粒子宇稱相乘是一樣的(跟函數奇偶性一樣,奇*奇=偶,奇*偶=奇,偶*偶=偶)。大多數散射過程(粒子反應過程)實驗中,人們都發現,宇稱的確是守恒的。但后來人們發現了”兩個“粒子:θ/τ,電荷、質量、其它量子數都是一樣的,只是宇稱不同,而人們觀測其宇稱的辦法,是他們的衰變產物:θ粒子衰變成2個π介子而τ粒子衰變成三個π介子。π介子是贗標量粒子,宇稱為奇,這樣如果宇稱是守恒的,θ/τ應該是兩個粒子,一個是宇稱為偶的一個是宇稱為奇的。但因為他們其它的屬性都一摸一樣,人們相信這應該是相同的粒子。這就是當年著名的θ/τ疑難。
講到這里大家是不是覺得很高大上,就左右手這么簡單的東西,竟然聯系到了諾貝爾獎的工作,哈哈,想想自己也不是很笨。但是要注意的是,物理學中,第一個提出來跟后面跟風的是完全兩碼事情。在當年人們堅信宇稱守恒跟能量守恒同等地位的前提下(大家不要看到這個就想到自己能否推翻能量守恒定律,這是完全兩碼事情,我后面會提到),李政道和楊振寧(事后他們是是非非很多,我們也不管究竟誰先提出)提出了弱相互作用過程中宇稱不守恒,是需要很大勇氣和魄力的。里面復雜的物理就不說了,簡單說他們認為在弱相互作用過程中宇稱不守恒,θ/τ是一個粒子(現代稱為K介子)。
直至標準模型建立之后,人們對對稱性和弱相互作用又有了新的看法。物理學家發現自然界的基本相互作用都可以用規范對稱性描述(引力能否納入現在不得而知):電磁對稱性是U(1),弱相互作用是SU(2)_L,強相互作用是SU(3)。這些是什么東西,大家可以不用管,只是眼尖的人會發現,那個弱相互作用里的L是什么意思?為什么會與其它不同?
這就要回到之前的手征性了。前面提到,一種粒子可以拆成”左手“和”右手“的,兩者可以獨立描述粒子行為而不破壞時空的洛倫茲對稱性。按”常理“,兩者遵循的其它物理對稱性是”一致“的,但”荒謬“的是自然界的選擇卻是”左撇子“:在弱相互作用中,只有左手費米子可以寫成SU(2)”二重態“的形式,是”對稱“的,而右手費米子只能寫成單態的形式,是”非對稱“的。在”味空間“,左手的電子和中微子可以一起參與弱相互作用,而右手電子卻沒有一個”搭檔“,因為自然界可能就壓根沒有(目前的實驗和能標下,有可能很重我們觀測不到)右手中微子。什么?沒有右手的中微子?是的。對中微子,宇稱和SU(2)對稱性都是”最大破壞“的,左右手不僅不對稱,而且右手的部分就直接被”抹掉“了。左右手不對稱,遵循不同的規范對稱性是前面那個L的來源,也是θ/τ及弱作用過程中宇稱破壞的來源。
但是宇稱守恒和能量守恒是不同的兩碼事情。在QED(電磁相互作用)和QCD(強相互作用)中,宇稱守恒是比較自然的,因為傳遞相互作用的是光子和膠子,這兩個粒子都是無質量的,在外部能量很大的情況下,費米子也可以看成是無質量的。對無質量的理論,手征對稱性可以最大限度得到保持,這樣左右手是等價的。而在弱相互作用過程中,不僅弱電對稱性有自發破缺(破缺之后殘余的對稱性構成QED),傳遞弱相互作用的矢量粒子帶質量,而且散射過程必須考慮費米子的質量,一個有質量的理論,其手征性必然遭到破壞(質量項M Ψ_L Ψ_R破壞手征對稱性)。而前面講的所有規范對稱性,都是內部對稱性,內部對稱性可以有不同的形式,而宇稱依賴內部對稱性,但他們都必須都遵守”外部“的時空對稱性,而能量守恒定律是時空對稱性的結果。
既然提到了質量,大家可能又會想到前幾年很熱的LHC實驗上發現的所謂”上帝粒子“,這又是個什么玩意?人們把它稱為”萬物質量之源“,是真的如此嗎?其實自然界大部分質量都并非來自希格斯玻色子,而是:
5、“自然界大部分的質量來自無質量(粒子的相互作用)”
這個系列還是要寫完的,哈哈。前段時間,Higgs粒子很熱,大家都把它稱為“上帝粒子”或“質量之源”,但其實這個說法是不準確的。從粒子物理標準模型上講,Higgs玻色子只是弱電對稱性自發破缺和標量勢的附帶產物而已。規范對稱性和手征對稱性要求,模型的初始拉格朗日密度函數不能帶質量項。但我們在實際觀測中卻知道,電子、子、質子、中子等粒子是帶質量的,大量的其它基本粒子或非基本粒子都是有質量的,而傳遞弱相互作用的矢量粒子:和粒子也是帶質量的。理論上,根據對稱性(標量勢只能寫成4分量復場的形式)、重整化(自耦合最高只能到4次項)和勢能穩定性(自耦合不能有三次方項)的要求,我們可以寫出唯一的標量勢形式,類似的勢能項,發現勢能的真空期望值(最低點)不是平庸的(非0的真空解),這樣規范對稱性對真空不成立,而物理真空只是無數理論真空中的一個點,當取定一定方向的物理真空后(,0,0,0),弱電對稱性在的能標發生自發破缺。將標量場與矢量場及粒子場耦合,我們就可以得到一個有質量的理論,但不破壞基本的對稱性。只是這樣,標量場中有一個自由度被留了下來,這就是帶質量的Higgs場()。前面所述的就是所謂的Higgs機制。
顯然的,Higgs機制賦予了所有基本粒子質量,并避免了理論出現對稱性和自由度方面的問題。2012年,Higgs粒子在CMS和Atlas上被找到,質量在125GeV附近,基本上符合標準模型的預計。但是等等。高中化學課上,我們知道一個事情,氫原子是由一個質子和一個電子組成的,主要的質量集中在原子核也就是質子上。現代物理測量,電子質量0.5MeV,而質子質量938MeV,兩者相差很大。而質子是由什么組成的呢?標準模型認為質子是由兩個u夸克和一個d夸克組成的,而u、d夸克的質量都在5MeV左右。不對啊,5*3=15,質子的大部分其它質量哪來?
這又回歸到一個問題,那就是質量是什么。大家都知道著名的質能方程,,什么意思呢?我們反過來寫:,也就是說,能量即質量,能量來自哪里?相互作用。一旦粒子間有相互作用,他們就攜帶一定的束縛能,而如果粒子不是”基本“的,還是有子結構的,那它所含有的”基本粒子“的相互作用也會貢獻這個粒子的質量(根據狹義相對論,一個粒子的質量可以看成是這個粒子攜帶的總能量)。只是在一般情況下,比如引力,比如電磁相互作用,粒子自身的質量要遠大于他們的相互作用,所以在評估整體質量時,相互作用幾乎可以忽略不計。但在原子核內就完全不同了。
原子核內,夸克間的相互作用是強相互作用,強相互作用有一個很”偏離直觀“的,甚至理解起來有點”荒謬“(切題點在這里)的,卻是被無數實驗證實是正確的現象,那就是漸進自由。一般比如引力和電磁相互作用,大家都知道萬有引力定律和庫倫定律,都是平方反比律,也就是說它們的相互作用隨著距離拉大逐漸減小,距離越近相互作用越大。但是強相互作用卻不是平方反比律。它的有效勢比較復雜,但根據beta函數,夸克間的相互作用,是隨著他們距離增大而增大,隨著距離減小而減小。在一定距離內(比如原子核內),因為相互作用太小,他們可以看成是自由的。說到這里有人會問,這個很像彈簧啊,越拉長力越大,那把他們距離拉大,他們相互作用很大,不會像彈簧那樣再拉回來?這個問題很好,可惜答案跟彈簧不同。彈簧是剛性的,但夸克不是。比如一對夸克,在拉到一定距離后,因為相互作用太強,它們會從真空中拉出一對正反夸克或一堆正反夸克(注意能量=質量,質量表征粒子,正反夸克的其它性質都相反,因此物理量是守恒的),然后相互作用就降低了,他們互相結合,形成新的束縛態(可以看成彈簧拉斷了,變成兩個彈簧,或是磁鐵斷了,形成新的N、S極但你永遠得不到磁單極)。這也是我們無法觀測到”單夸克“的原因。
說到這里還是沒有說到”無質量“的問題,前面說的什么夸克電子不都是有質量的么?這里就得提到”膠子“了。傳遞電磁相互作用的是光子,傳遞引力相互作用的是引力子,他們都是無質量的。當然兩個電子傳遞光子,光子間也會有相互作用,兩個星體傳遞引力子,引力子間也會有相互作用,但他們的相互作用太弱了,不可能從真空中再拉出一對正反電子或兩個正反星球。原子核內,傳遞強相互作用的是膠子,膠子也是無質量的,但是與現實的電磁、引力相互作用不同的是,膠子間會有很強的相互作用,會跟夸克的相互作用一樣,從真空中拉出一對的正反夸克。
所以我們看到了一副這樣的質子圖像:質子起先有三個夸克組成(他們決定整個質子的電荷及其它量子數,所以叫”價夸克“),然后夸克先在里面自由走,但走到一定距離,他們相互作用變強了,被”膠子“拉得越來越緊,然后”嘣“一聲,斷了,斷的地方出現一對正反夸克(這些正反夸克總量是相等的,所以不貢獻任何量子數,叫”海夸克“),與老的夸克相互作用。如果這些正反夸克走得太近了,他們”噌“一聲,湮滅了,變成一堆能量;如果走遠了,他們又會拉出一堆夸克。關鍵的,膠子間會互相作用,”撞“出一堆新的海夸克,然后海夸克又跟膠子及他們自己糾纏在一起,繼續發生相互作用。這里面所有的相互作用及產生的能量都被束縛在質子大小這么個狹小的空間內,而沒有任何東西逃逸出來(前面提到逃得太遠相互作用會變強,會被拉回來或是撕裂開,但撕裂開的一堆東西會被”膠子團“跟質子其它部分交織在一起而無法逃逸,”膠子團“類似就是一坨漿糊)。我們所觀測到的,質子的整體的質量就是他們相互作用及質量的總和。
根據計算,夸克間的相互作用要遠比膠子間相互作用小的多。實驗上,我們用質子對撞,觀測對撞過程中這些”價夸克“、”海夸克“及”膠子“的貢獻,發現膠子的貢獻要占到70%以上(部分子分布函數)。也就是說在質子質量里,大部分都是膠子漿糊貢獻的。中子的情況跟質子類似。而原子中絕大部分質量又是原子核貢獻的,原子核又由質子和中子組成。因為原子間電磁作用要遠弱于原子自身質量,分子由原子通過電磁作用構成,那么分子中的大部分質量還是來源于質子、中子。構成我們人體的蛋白質、脂肪、糖類、DNA等等又是由分子組成的。因此包括世間萬物的物質及我們自身,大部分的質量都來自原子核內那一坨無質量的漿糊。
”從無到有“,中國的傳統哲學蘊含的東西,其實在科學上也是很有道理的。然而,大自然的神奇之處遠非如此。我們仰望星空,對撞粒子,培育生命,挖掘礦產,制造產品,我們自認認識了很多自然和宇宙的奧秘,我們甚至接近知道了宇宙的起源、生命的起源、質量的起源,并以極大的能力和極快的速度改造我們生存的地球,并充滿著征服星際的熊熊野心。但提到質量,大自然卻給人當頭棒喝,因為:
6、我們所能觀測到的物質世界極限只占宇宙總物質質量的不到4%。
待續。
電子雙縫干涉實驗已經快百年了,其背后蘊含的微觀世界的物理早已被人熟知,量子力學也經過了各種其它實驗的檢驗,目前它的擴展和應用更是層出不窮。然而,因為普通人對其所謂“直觀理解”的偏差和物理學界本身對量子力學詮釋上的爭論,使其蒙上了一層神秘的色彩,很多時候又帶著一層哲學味道。
早年對電子雙縫實驗的理解,認為其是大量粒子的統計結果,直至人類有能力讓電子或光子一個個通過。結果人們發現“單電子”也能產生干涉條紋。當我們在縫隙后裝上儀器,試圖去“觀測”電子到底從哪條縫隙通過時,電子干涉條紋竟然“神秘地”消失了。
傳統的哥本哈根詮釋認為“測量”本身會影響觀測系統,在沒有觀測前,電子波函數彌漫全空間,體現“波動性”,所以有干涉效應;當我們試圖觀測電子“位置”時,電子波函數發生了所謂“瞬間塌縮”,被投影到某個位置空間,體現所謂“粒子性”,因此就沒有干涉了。
但這個解釋顯然不能讓人滿意。從“直觀理解”上講,這簡直是“有點荒謬”的,作為沒有思想的“電子”,它怎么知道,我在觀測它?然后它會作出反應,會發生所謂“塌縮”?而且還是“瞬時”的。更進一步去深究,物理世界到底有沒脫離我們測量的“實體”?一旦測量本身會對結果有影響,那么我們所“認知”或是“看到”的物理世界完全是“我們”或是“實驗儀器”跟“客觀世界”共同作用的結果,“物理實在”在哪里?
特別經過十幾年馬克思主義唯物論XN的國人來說,沒有一個脫離“思維”、“觀測”、“儀器”存在的“客觀世界”是不可想象的。當然我前面說的都是“詮釋”腦洞大開的結果,與量子力學基礎理論和實驗都沒多大關系。但這個給人太多的理由攻擊和責難量子力學,到現在依舊如此。
我想說現今的物理學家大多不去爭論這個問題。管它哥本哈根多世界隱參數,能用的理論就是好理論。而量子力學就是這么個奇妙的東西,理論無比正確,實驗無比精細,應用無比廣泛,大家卻對其基本假設或解釋知之有限,而傳統的解釋卻又讓人感覺“荒謬”。以為這就完了?NoNoNo。下面我會再講一個更“奇怪”的東西:
2、“遠到無窮遠的糾纏。”
好了我來更新這個浪漫的物理了。大話西游那句經典的話:“當時這把劍離我的喉嚨只有0.01公分,但是四分之一柱香之后,那把劍的女主人將會徹底的愛上我:曾經有一份真摯的感情擺在我的面前我沒有珍惜,等我失去的時候才追悔莫及,人間最痛苦的事莫過于此,你的劍在我的咽喉上刺下去吧,不用在猶豫了!如果上天能給我一次再來一次的機會,我會對哪個女孩說三個字:我愛你,如果非要在這份愛上加一個期限,我希望是一萬年!” 其實吧,從物理角度來看,0.01公分的距離還長著呢,一萬年?在宇宙的年齡中甚至連一眨眼都不是。但卻有某些粒子,從他們產生的那一刻,就注定無法分離,相守終身,即使他們飛到宇宙邊界,也永遠糾纏在一起。
這就是糾纏態。
糾纏態是個神馬東西?其實挺好理解。假定在原點處有個自旋為0粒子的基態,在某個時刻發生衰變,出射出兩個自旋為1(要么上要么下)的粒子。根據量子數守恒,因為總自旋為0,這兩個粒子自旋方向肯定是相反的。這些都沒有問題,“糾纏”的問題并不在這里。按我們“經典”的理解,這兩個粒子好比左右手套么,總是配套的,一個左手的另一個就是一個右手的,一個右手的那么另一個就是左手的(愛因斯坦的理解)。但我想說,這種理解是錯誤的。而且被實驗證明是錯誤的。
什么意思?這里面有什么偏差?把這兩個粒子比喻成左右手套,意味著從分離的一剎那,他們的狀態就“確定”了。這有什么錯?我先說在量子力學中對這兩個粒子的理解:從衰變開始,這兩個粒子的自旋是“不確定”的,他們是一個整體,不可分割,只有在我們通過“測量”確定其中一個粒子的自旋方向后,另一個粒子的自旋才能被“確定”。也就是說它們之間似乎有一只“無形的手”連接,而這只“無形的手”竟然是“超距”和“瞬時”的。
等等,有人會說,你這么說,不過是解釋起來不同而已,聽起來還是左右手套那種“確定論”靠譜一些,好像兩者描述的事情沒什么不同啊。這位同學,你很聰明。如果單從一個方向描述(一維),比如例子自旋的Z方向,兩種描述在物理上根本沒什么區別,反而后一種聽起來更加“荒誕不經”,什么?測量?什么?超距作用?那因果律呢?光速不能超越呢?想擱哪去?
但別忘了,這個世界是三維的。三維的意思,自旋在坐標系下是有三個維度的。在我們”確定“一個粒子自旋時,我們觀測的方向只是粒子真實自旋方向在某個坐標系下某個坐標軸的”投影“而已,也就是說我們一次只能測定x、y、z三個軸中的一個方向的自旋。那么問題就來了。”經典理解“和”量子力學理解“就會在實驗上有明顯的偏差。
這個偏差理解起來也是很簡單的。如果世界是”經典“的,粒子從衰變后自旋是”確定“的,那么”觀測“本身不會對粒子自旋造成任何影響,我們只得到一系列”分立“的自旋模式,而這些”分立“的自旋模式每種概率加起來是1,最關鍵的一點:這些概率與任何觀測角度無關。但是,如果這個世界是”量子“的,粒子在分離后自旋方向不確定,兩者從產生后就不可分離,相關性很強,只有在測量后,波函數塌縮,我們才能確定兩者自旋方向,而不同方向的測量跟測量方式相關,因此相關性和概率不是線性的(經典情況)而是連續的,而且與觀測角度有關。
學過基本概率論都知道,如果兩個系統無法交換信息,他們的相關性必須滿足某種隨機概率上的限制,是有一定的”極限“的;如果兩個系統是關聯的,那么他們的相關性則不用滿足隨機分布的相關性極限。在糾纏態的例子中,這個極限就是貝爾不等式(不同方向自旋測定的相關性需要滿足的式子): |Pxz-Pzy|≤1+Pxy。
關于貝爾不等式的詳細解釋請參看One Two的知乎:貝爾不等式究竟是在闡述什么問題? - One Two的回答?。關于貝爾不等式的實驗影響深遠。這不僅證明了愛因斯坦觀點的錯誤,量子力學的確是”非定域“的,也對未來的量子力學應用打下了堅實的基礎。目前很多實驗室(包括中國中科院潘建偉院士的工作)已經制備了多個粒子量子糾纏的遠距離量子通信。但需要說明的是,糾纏態與”超光速“、”信息不守恒”并沒多大關系。量子通信里,另一個粒子雖然相隔很遠都能“感受”地球上另一個粒子的“信息”,但這種信息交換需要“經典信道”傳回才能使用,換句話說糾纏態只是個“中間數學過程”,物理可觀測量并無法做到“超光速傳輸”。
很多女生是不是覺得如果跟男友或老公也有這么個“糾纏”挺好,O(∩_∩)O哈哈~但我想說的是,前面兩個似乎都是量子力學中在微觀上奇特效應,當年最有名“最荒謬”最不可思議的,當屬薛定諤那只:
3、“不死不活的貓。”
關于這只貓,網上可以找到多個類似但本質相同的版本,我這里就不贅述了。實際上并沒有真正的一只貓是“不死不活”的,因為薛定諤當年提出這只“貓”的目的只是為了反對哥本哈根幾率詮釋的一個理想實驗,薛定諤認為量子態演化應該遵循薛定諤方程和態疊加原理,而不可能發生因為觀測導致的“塌縮”。實際上與哥本哈根詮釋密切相關的,量子力學的奠基人之一尼爾斯.玻爾本人也對“觀測”導致的量子態“塌縮”持有一定的疑義,為了避免出現量子力學在宏觀尺度的悖論,提出了對應原理,即大尺度宏觀系統的量子物理行為應該近似于經典行為(也是怕了這只貓的結果)。
同貝爾不等式類似,兩者提出時均為理想實驗,但兩者又有明顯的區別。貝爾不等式是微觀尺度的理想實驗,后來被人們改進后成為了“真正實驗”,從而否定了定域隱變量理論;而“薛定諤的貓”屬于宏觀實驗。實驗觀測宏觀甚至介觀尺度的量子力學效應都是非常困難的,因為在量子力學中有個很重要的結論,那就是退相干。
具體什么是退相干是個很復雜的物理問題,這里面又涉及到微觀因果律、色散關系等很數學的東西,就不具體說了。大家只要知道一個事實就可以:貓不死不活的疊加狀態即使被制備出來,它受到很強烈的環境限制,比如盒子里的空氣啊細菌啊病毒啊貓自身的運動啊甚至地球自轉公轉還有最關鍵的溫度等等,這些環境因素會發生所謂的“擾動”,這些“擾動”實際上是在“打開盒子觀測”前,就對“貓態”進行了多次觀測,在這些“擾動”下,“不死不活”的疊加態及干涉項會迅速隨時間指數衰減到0,只剩下兩個經典的“波包”:要么是死貓,要么是活貓。所以在現實中,打開盒子之前,“貓”的生死因為退相干早已決定了,而不是因為打開盒子的“觀測”再發生“塌縮”。根據量子力學的基本原理,“退相干”的速度與觀測物尺度成正比:越大的物體退相干越快。
最近二十年的實驗工作,雖然沒有制備如貓尺度大小的量子疊加態,但實現了介觀尺度,也就是大量原子或電子的貓態。這個尺度對于量子微觀尺度來說已經算是“宏觀”的了,但離“貓”的尺度還相去甚遠,而且制備的疊加態很快就因為退相干衰減掉了。雖然制備了很多這樣的“貓態”,但人們仍舊不清楚量子疊加態如何“塌縮”為單個的量子本征態。也不知道在幾率的微觀世界下,如何組成如此特殊和確定性的宏觀世界。
圍繞這個問題,以及很早年的“上帝擲骰子嗎?”這類問題,物理學家提出了很多新的量子力學詮釋,從而使這個問題更加開放:從最早年的哥本哈根詮釋,到目前火熱的多世界詮釋,以及死而不僵的隱參數理論(非定域),還有什么系綜詮釋、關系詮釋、客觀塌縮詮釋等等。這是個腦洞大開的領域,雖然因為越做越哲學也逐漸成為物理學里的“肥豬流”領域。然而,既然提到了上帝,我們目前尚不知道上帝擲不擲骰子(不同詮釋下對波函數和其運動方程的理解是不同的),但我們卻知道另外一個事實:
4、“上帝(竟然)是左撇子。”
這個草稿是2014年寫的竟然更新到2015年了。。。要提到左右手的事情就不得不提手征性了,其實手征性這個事情也不是那么難理解。比如以地球為例,我們定義由南到北的方向為“軸向”,那么地球自轉遵循的定律就是右手定律,即拇指方向為軸向,另四個手指方向為旋轉方向。而如果存在一個“鏡像”的地球,它的自轉遵循的就是左手定律。左手和右手的旋轉不依賴于觀測坐標系的選取,是“星球”自身的屬性,比如地球不可能忽然由自西向東變成自東向西的旋轉,可以認為在某種對稱性下(宏觀是平移和轉動對稱性)是“不變”的。這就說所謂的“手征性”。在微觀領域,粒子的“自旋”并不能真正看成類似地球的轉動,但是的確可以把粒子以洛倫茲不變的方式,將其區分為“左旋”和“右旋”的。當然左右是相對的,依賴軸向的選取,但只要選取一種軸向規則,粒子的手征性就必然“固定”了。在量子場論里,一個四分量旋量場可用γ_5矩陣分解為兩個二分量部分,可各自作為洛倫茲群的表示,如果把其中一個二分量場定義成“左手”的那么另一個就是“右手”的。
按照直觀的理解,粒子的“左右手”應該是對稱的,左旋粒子只是右旋粒子的鏡像而已,他們應該遵循相同的物理規律,這就是所謂的”手征對稱性“,而在粒子相互作用時,就體現為所謂的”宇稱守恒“。但是,這個直觀的看法卻是錯誤的,因為聽起來很荒謬,但從目前各種實驗上看,上帝的確是有所偏向的。
我們先不談太復雜的物理。即使在其它領域,手征性也是比較明顯的。比如制藥領域。很多時候必須分清左右旋藥物的不同藥物動力學機制,如果兩者很不相同,我們只需要其中一種,就必須進行提純(否則有可能另一種鏡像藥物會吃死人)。在化工領域更是了。從結構上講,一種“左旋“結構體只是另一種”右旋“結構體的鏡像而已,按常理不會出現較大差異,可是自然規律卻真不是這樣。
大家都知道楊振寧和李政道獲得諾貝爾獎的貢獻是因為“發現宇稱不守恒”,可是這個背后究竟是什么呢?當時還沒有粒子物理的標準模型(也可以說李楊對此建立也做出了貢獻),而物理學家根據”常理“相信自然界(基礎物理,非化學)左右手是對稱的,而且實驗上在QED(量子電動力學)和強相互作用中也看到了這種對稱性。左右手對稱性是鏡像對稱的一種,鏡像對稱用數學語言講就是宇稱,宇稱簡單講就是一種粒子的屬性,粒子波函數在某種反演下,比如電荷(C)、空間(P)、時間(T)反演下的固定性質,如果波函數不變,類似偶函數,叫偶宇稱,如果波函數相差個負號,類似奇函數性質,叫奇宇稱。宇稱守恒的意思是反應前后各粒子宇稱相乘是一樣的(跟函數奇偶性一樣,奇*奇=偶,奇*偶=奇,偶*偶=偶)。大多數散射過程(粒子反應過程)實驗中,人們都發現,宇稱的確是守恒的。但后來人們發現了”兩個“粒子:θ/τ,電荷、質量、其它量子數都是一樣的,只是宇稱不同,而人們觀測其宇稱的辦法,是他們的衰變產物:θ粒子衰變成2個π介子而τ粒子衰變成三個π介子。π介子是贗標量粒子,宇稱為奇,這樣如果宇稱是守恒的,θ/τ應該是兩個粒子,一個是宇稱為偶的一個是宇稱為奇的。但因為他們其它的屬性都一摸一樣,人們相信這應該是相同的粒子。這就是當年著名的θ/τ疑難。
講到這里大家是不是覺得很高大上,就左右手這么簡單的東西,竟然聯系到了諾貝爾獎的工作,哈哈,想想自己也不是很笨。但是要注意的是,物理學中,第一個提出來跟后面跟風的是完全兩碼事情。在當年人們堅信宇稱守恒跟能量守恒同等地位的前提下(大家不要看到這個就想到自己能否推翻能量守恒定律,這是完全兩碼事情,我后面會提到),李政道和楊振寧(事后他們是是非非很多,我們也不管究竟誰先提出)提出了弱相互作用過程中宇稱不守恒,是需要很大勇氣和魄力的。里面復雜的物理就不說了,簡單說他們認為在弱相互作用過程中宇稱不守恒,θ/τ是一個粒子(現代稱為K介子)。
直至標準模型建立之后,人們對對稱性和弱相互作用又有了新的看法。物理學家發現自然界的基本相互作用都可以用規范對稱性描述(引力能否納入現在不得而知):電磁對稱性是U(1),弱相互作用是SU(2)_L,強相互作用是SU(3)。這些是什么東西,大家可以不用管,只是眼尖的人會發現,那個弱相互作用里的L是什么意思?為什么會與其它不同?
這就要回到之前的手征性了。前面提到,一種粒子可以拆成”左手“和”右手“的,兩者可以獨立描述粒子行為而不破壞時空的洛倫茲對稱性。按”常理“,兩者遵循的其它物理對稱性是”一致“的,但”荒謬“的是自然界的選擇卻是”左撇子“:在弱相互作用中,只有左手費米子可以寫成SU(2)”二重態“的形式,是”對稱“的,而右手費米子只能寫成單態的形式,是”非對稱“的。在”味空間“,左手的電子和中微子可以一起參與弱相互作用,而右手電子卻沒有一個”搭檔“,因為自然界可能就壓根沒有(目前的實驗和能標下,有可能很重我們觀測不到)右手中微子。什么?沒有右手的中微子?是的。對中微子,宇稱和SU(2)對稱性都是”最大破壞“的,左右手不僅不對稱,而且右手的部分就直接被”抹掉“了。左右手不對稱,遵循不同的規范對稱性是前面那個L的來源,也是θ/τ及弱作用過程中宇稱破壞的來源。
但是宇稱守恒和能量守恒是不同的兩碼事情。在QED(電磁相互作用)和QCD(強相互作用)中,宇稱守恒是比較自然的,因為傳遞相互作用的是光子和膠子,這兩個粒子都是無質量的,在外部能量很大的情況下,費米子也可以看成是無質量的。對無質量的理論,手征對稱性可以最大限度得到保持,這樣左右手是等價的。而在弱相互作用過程中,不僅弱電對稱性有自發破缺(破缺之后殘余的對稱性構成QED),傳遞弱相互作用的矢量粒子帶質量,而且散射過程必須考慮費米子的質量,一個有質量的理論,其手征性必然遭到破壞(質量項M Ψ_L Ψ_R破壞手征對稱性)。而前面講的所有規范對稱性,都是內部對稱性,內部對稱性可以有不同的形式,而宇稱依賴內部對稱性,但他們都必須都遵守”外部“的時空對稱性,而能量守恒定律是時空對稱性的結果。
既然提到了質量,大家可能又會想到前幾年很熱的LHC實驗上發現的所謂”上帝粒子“,這又是個什么玩意?人們把它稱為”萬物質量之源“,是真的如此嗎?其實自然界大部分質量都并非來自希格斯玻色子,而是:
5、“自然界大部分的質量來自無質量(粒子的相互作用)”
這個系列還是要寫完的,哈哈。前段時間,Higgs粒子很熱,大家都把它稱為“上帝粒子”或“質量之源”,但其實這個說法是不準確的。從粒子物理標準模型上講,Higgs玻色子只是弱電對稱性自發破缺和標量勢的附帶產物而已。規范對稱性和手征對稱性要求,模型的初始拉格朗日密度函數不能帶質量項。但我們在實際觀測中卻知道,電子、子、質子、中子等粒子是帶質量的,大量的其它基本粒子或非基本粒子都是有質量的,而傳遞弱相互作用的矢量粒子:和粒子也是帶質量的。理論上,根據對稱性(標量勢只能寫成4分量復場的形式)、重整化(自耦合最高只能到4次項)和勢能穩定性(自耦合不能有三次方項)的要求,我們可以寫出唯一的標量勢形式,類似的勢能項,發現勢能的真空期望值(最低點)不是平庸的(非0的真空解),這樣規范對稱性對真空不成立,而物理真空只是無數理論真空中的一個點,當取定一定方向的物理真空后(,0,0,0),弱電對稱性在的能標發生自發破缺。將標量場與矢量場及粒子場耦合,我們就可以得到一個有質量的理論,但不破壞基本的對稱性。只是這樣,標量場中有一個自由度被留了下來,這就是帶質量的Higgs場()。前面所述的就是所謂的Higgs機制。
顯然的,Higgs機制賦予了所有基本粒子質量,并避免了理論出現對稱性和自由度方面的問題。2012年,Higgs粒子在CMS和Atlas上被找到,質量在125GeV附近,基本上符合標準模型的預計。但是等等。高中化學課上,我們知道一個事情,氫原子是由一個質子和一個電子組成的,主要的質量集中在原子核也就是質子上。現代物理測量,電子質量0.5MeV,而質子質量938MeV,兩者相差很大。而質子是由什么組成的呢?標準模型認為質子是由兩個u夸克和一個d夸克組成的,而u、d夸克的質量都在5MeV左右。不對啊,5*3=15,質子的大部分其它質量哪來?
這又回歸到一個問題,那就是質量是什么。大家都知道著名的質能方程,,什么意思呢?我們反過來寫:,也就是說,能量即質量,能量來自哪里?相互作用。一旦粒子間有相互作用,他們就攜帶一定的束縛能,而如果粒子不是”基本“的,還是有子結構的,那它所含有的”基本粒子“的相互作用也會貢獻這個粒子的質量(根據狹義相對論,一個粒子的質量可以看成是這個粒子攜帶的總能量)。只是在一般情況下,比如引力,比如電磁相互作用,粒子自身的質量要遠大于他們的相互作用,所以在評估整體質量時,相互作用幾乎可以忽略不計。但在原子核內就完全不同了。
原子核內,夸克間的相互作用是強相互作用,強相互作用有一個很”偏離直觀“的,甚至理解起來有點”荒謬“(切題點在這里)的,卻是被無數實驗證實是正確的現象,那就是漸進自由。一般比如引力和電磁相互作用,大家都知道萬有引力定律和庫倫定律,都是平方反比律,也就是說它們的相互作用隨著距離拉大逐漸減小,距離越近相互作用越大。但是強相互作用卻不是平方反比律。它的有效勢比較復雜,但根據beta函數,夸克間的相互作用,是隨著他們距離增大而增大,隨著距離減小而減小。在一定距離內(比如原子核內),因為相互作用太小,他們可以看成是自由的。說到這里有人會問,這個很像彈簧啊,越拉長力越大,那把他們距離拉大,他們相互作用很大,不會像彈簧那樣再拉回來?這個問題很好,可惜答案跟彈簧不同。彈簧是剛性的,但夸克不是。比如一對夸克,在拉到一定距離后,因為相互作用太強,它們會從真空中拉出一對正反夸克或一堆正反夸克(注意能量=質量,質量表征粒子,正反夸克的其它性質都相反,因此物理量是守恒的),然后相互作用就降低了,他們互相結合,形成新的束縛態(可以看成彈簧拉斷了,變成兩個彈簧,或是磁鐵斷了,形成新的N、S極但你永遠得不到磁單極)。這也是我們無法觀測到”單夸克“的原因。
說到這里還是沒有說到”無質量“的問題,前面說的什么夸克電子不都是有質量的么?這里就得提到”膠子“了。傳遞電磁相互作用的是光子,傳遞引力相互作用的是引力子,他們都是無質量的。當然兩個電子傳遞光子,光子間也會有相互作用,兩個星體傳遞引力子,引力子間也會有相互作用,但他們的相互作用太弱了,不可能從真空中再拉出一對正反電子或兩個正反星球。原子核內,傳遞強相互作用的是膠子,膠子也是無質量的,但是與現實的電磁、引力相互作用不同的是,膠子間會有很強的相互作用,會跟夸克的相互作用一樣,從真空中拉出一對的正反夸克。
所以我們看到了一副這樣的質子圖像:質子起先有三個夸克組成(他們決定整個質子的電荷及其它量子數,所以叫”價夸克“),然后夸克先在里面自由走,但走到一定距離,他們相互作用變強了,被”膠子“拉得越來越緊,然后”嘣“一聲,斷了,斷的地方出現一對正反夸克(這些正反夸克總量是相等的,所以不貢獻任何量子數,叫”海夸克“),與老的夸克相互作用。如果這些正反夸克走得太近了,他們”噌“一聲,湮滅了,變成一堆能量;如果走遠了,他們又會拉出一堆夸克。關鍵的,膠子間會互相作用,”撞“出一堆新的海夸克,然后海夸克又跟膠子及他們自己糾纏在一起,繼續發生相互作用。這里面所有的相互作用及產生的能量都被束縛在質子大小這么個狹小的空間內,而沒有任何東西逃逸出來(前面提到逃得太遠相互作用會變強,會被拉回來或是撕裂開,但撕裂開的一堆東西會被”膠子團“跟質子其它部分交織在一起而無法逃逸,”膠子團“類似就是一坨漿糊)。我們所觀測到的,質子的整體的質量就是他們相互作用及質量的總和。
根據計算,夸克間的相互作用要遠比膠子間相互作用小的多。實驗上,我們用質子對撞,觀測對撞過程中這些”價夸克“、”海夸克“及”膠子“的貢獻,發現膠子的貢獻要占到70%以上(部分子分布函數)。也就是說在質子質量里,大部分都是膠子漿糊貢獻的。中子的情況跟質子類似。而原子中絕大部分質量又是原子核貢獻的,原子核又由質子和中子組成。因為原子間電磁作用要遠弱于原子自身質量,分子由原子通過電磁作用構成,那么分子中的大部分質量還是來源于質子、中子。構成我們人體的蛋白質、脂肪、糖類、DNA等等又是由分子組成的。因此包括世間萬物的物質及我們自身,大部分的質量都來自原子核內那一坨無質量的漿糊。
”從無到有“,中國的傳統哲學蘊含的東西,其實在科學上也是很有道理的。然而,大自然的神奇之處遠非如此。我們仰望星空,對撞粒子,培育生命,挖掘礦產,制造產品,我們自認認識了很多自然和宇宙的奧秘,我們甚至接近知道了宇宙的起源、生命的起源、質量的起源,并以極大的能力和極快的速度改造我們生存的地球,并充滿著征服星際的熊熊野心。但提到質量,大自然卻給人當頭棒喝,因為:
6、我們所能觀測到的物質世界極限只占宇宙總物質質量的不到4%。
待續。
轉載于:https://www.cnblogs.com/Mushrooms/p/5175729.html
總結
以上是生活随笔為你收集整理的有哪些看似荒谬,其实很科学的理论@知乎、@量子力学的全部內容,希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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