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这绝对是二零二三年最精彩的一场物理盛宴,仅仅用一部动画,就囊括了人类目前对宇宙的所有认知。今天就让我们一起跟随艾伦百克的动画开启一场创世之旅吧!故事的开头是我们的主角小城从太空中掉落到地面上, 他没来得及多想,就从地上爬了起来。小成来到这个世界上,接触的第一个物理量就是距离,每跳一步,距离就增加一个单位, 当他往回走时,距离就缩小了,于是就学会了第一个有方向的物理量速度。速度的大小由两个物理量决定,一个是移动的距离,一个是所用的时间。小城接着探索距离这个物理量, 发现了一个新的物理量位移。 小城继续向前走,他发现自己的速度值会增加,他又学会了一个新的物力量加速度,他奋力加速,速度也达到人类百米赛跑的极限,十米每秒。 突然,他好像被一个看不见的东西绊倒了,犹豫片刻,就被一个小白球砸中了。抬头一看,这个小白球怎么和天上的那颗星星长得很像。 捡起小球后,他发现小球是有重量的,这是他第一次拿到有重量的物体。有重量的物体都有质量,对有质量的物体做工,物体会发生位移。对物体做工的大小除以时间,就是做工 快板。做工越快,小球受到的力就越大。现在小城来到了一个分界区,每个区域的摩擦系数不同,摩擦系数越小,表面越光滑, 在光滑的表面小成差点摔倒。表面太光滑,无论怎么挣扎都停留在原地。此时突然从天上掉下一个绳子,抬头一看,感觉还是从那颗星星来的, 奋力扑向绳子,终于抓住了。有了绳子后终于可以套住小球了, 把绳子拉直后,又一个新的物力量诞生了,他就是小球的脚动量。随着小球的转动,他也出现了渐进现象,调整转动方向后,脚动量转变成了线性,动量终于 可以向前移动了。看来小城找到了脚动量的正确使用方法。胡乐乐不如众乐乐,那就给大家即兴表演一段冰上华尔兹吧。突然一个六百牛顿的大球掉落到地面上,碰到后大球开始向前滚动, 山谷的另一端又来一根细绳, 二话不说小成就把大球推向山。在到打谷底的过程中,大球的动能不断增加,再到打谷底时动能达到最大值,到达另一端时重力势能达到最大值。 小城现在学会了动能和重力势能的 转换,不过只学会一半。大球掉落的时候,小城推了大球一把,但小城掉落的时候没有人推他,他的重力势能没有完全转化成动能,好在他抓住了绳子,这次有经验了。获得了一个额外的动能后,小城再出发, 这次成功了, 抬头看向太空,发现一个漂浮着的宇宙一号飞船, 二话不说带着大球来到了另一端, 这次要利用大球来获得更高的速度,这次用到的物 力量是力举,力举等于力乘以力臂。既然牛顿说给我一根杠杆我能翘起地球,那我说给我一个力举我就能飞向太空也不为过吧。 所有的力都转化成了加速度后,小城获得了星球的逃逸速度,来到了重力为零的外太空, 现在终于可以登陆宇宙一号飞船了。 这个宇宙一号飞船是声控的,踢两脚就启动了。飞船的物力量是推力,它等于燃料,相对于飞船的速度乘以单位时间内飞船质量的减少量。这个飞船是要去哪里呢? 又是那颗熟悉的星星, 再见了,我的星球,我要在宇宙中驰骋。 随着飞船的加速,一个全新的物理量出现了洛伦茨,因此 dama 它代表了飞船的相对论效应, beta 代表了飞船的速度和光速的笔直。 在黑暗的真空中没有光,小城是看不到任何天体的,只要在打开手电筒时才发现刚刚经过了一个矮行星, 遮挡一下光就会形成波前照射一下飞船就可以看到光的反射现象,调整波的频率可以 可以看到不同波段的光。 现在来到了一个行星系, 借助行星的引力弹弓效应,飞船获得了加速度, 继续通过引力弹弓效应加速。 再次通过引力弹弓效应加速来到了恒星上空。又是那颗熟悉的星星, 此时遇到了一个新的物理量碰撞参数,它是重离子碰撞物理中的一个重要参数。 借助太阳的引力弹弓效应,小城迅速获得了这个行星系的逃逸速度, 现在已经接近光速的百分之一了。随着继续飞行,小成看到了太空中的一块磁铁, 磁铁有磁场,磁场 和电厂的关系可以通过麦克思维方程组表示。飞船也受到了洛伦磁力的作用, 这个磁铁又吸引了另一根钢铁,环形磁铁的物理量是磁通量,它等于磁感应强度乘以横截面积。 既然宇宙这么多环形磁铁,那我也造一个环形磁铁吧。通过磁感应方法,可以将钢铁中无效个微小的磁区朝着同一个方向分布, 这样这根钢铁就变成了一块磁铁,把长杆磁铁卷成螺线管。螺旋管的磁感应强度等于绕的圈数, n 乘以真空磁导率,缪乘以螺线管中的电流,调整螺线管的磁场方向。开始 利用环形磁铁加速了 加速加速,再加速,已经达到了光速的百分之八十路轮词,因此 dmr 到了即将快速增大的临界点, 以百分之八十的光速飞行,宇宙中的恒星系、小行星带、彗星星云都是一掌而过。向后看的话,所有光线都发生了红 移,时间膨胀效应开始变得明显。左侧的两个时钟代表了不同的时间,右侧的图形代表了路轮磁变换。路轮磁变换的角度越来越大,它代表了时间膨胀的越来越厉害。 而以小城的视角看,时间是在正常的流逝,他并不会感受到时间膨胀,所以洛伦茨变换的角度变得越来越小,直至恢复初始的状态。 小城是在星际旅行,他是从一个螺旋星系来的,去往一个类星体。随着速度越来越快,他看到的光线的波长也越来越短。此时他会经历多普勒效应,前方的光线会发生蓝移,后方的光线会发生红移。 现在他达到了光速的百分之九十九,路轮磁变幻到达了无穷远处,路轮磁因此也达到了最大值。时间极度膨胀,空间极度收缩, 这就是宇宙中最神秘的天体黑洞最外侧的是吸机盘,上方的是黑洞后方的吸机盘。由于黑洞的引力透镜效应,这些黑洞后方的吸机盘看起来是在黑洞上方,中间的黑色边界就是事件事, 这个区域是多普勒极数,多普勒极数指的是因多普勒效应造成的,四周的光线似乎看起来集中在前方,下方的是光子环,而黑色区域的中心就是起点。 突然从起点处飞出一个苹果,小成没抓住,又掉了回去, 又是那个熟悉的星星,他竟然跑到了起点处, 快马加鞭奔向起点。这是从外部的视角看,小城变成了永远冻结在事件事件处的小红。 而以小城的视角看,他正在向宇宙说拜拜。 外面的宇宙缩小成了一个红色暗点,这是多普勒效应造成的光线红仪在黑洞内容引力效应也会造成光线红仪 旁边的光线也从蓝光红一道红光。 前方一个引力脉冲,苹果又回来了,不过还是没抓住,又一次引力脉冲, 这次抓住了, 现在到达了内部事件世界,这个位置离起点只有一步之遥了。 这里要说明一下,根据广义相对论,只有旋转的黑洞才有两个世界世界,如果黑洞不旋转,他只有一个外部世界世界。这也是小城为什么要到一个内星体黑洞,因为内星体黑洞是快速旋转的黑洞。 进入内部事件事件后,小成在不断缩小,小到接近苹果的薄壁细胞,小到接近细胞中的线粒体,小到接近细胞核中的遗传物质。小成抓住一个染色体继续缩小,到,看到 dna, 看到磷酸盐,看到氢溅,看到电 子轨道,看到质子,看到质子是由上发客和下发客组成,看到了中微子, 最终进入了五维的反德西特时空,并看到了清晰的世界线。 这里说明一下什么是反德西特时空,相信大家一定很熟悉。欧式几何空间,欧式几何空间的区率为零,加上时间这个维度后,就是侠义相对论中的闽式时空。 米式时空的宇宙学长数为零,如果是球面空间,他的趋率为正,加上时间这个维度后,就是德西特时空。德西特时空的宇宙学长数为正,如果是双驱空间,他的趋率为负,加上时间这个维度后,就是反德西特时空。 看到了起点,起点是黑洞和白洞的连接点,上方是代表未来的黑洞,下方是代表过去的白洞。 游啊游,游到了起点,看到了另一个小城, 小城落地的时候触发的概率波,它代表了历子出现的概率。小城脚下的方程就是大名鼎鼎的薛定鄂方程。 两个能量环飘了过去, 小成终于知道苹果是谁给的了,原来是自己 摸到苹果后,苹果变成了一种卡拉比丘流型,它是由我国大名鼎鼎的数学家丘成彤和美国数学家卡拉比共同提出的一种特殊的高维服流行。 先理论认为我们的宇宙有十个维度,其中有六个维度是蜷缩在我们看不见的尺度上,而卡达比丘流行正好满足蜷缩的六个维度。 哼哼哼! 两个小城来到了起点处,这就是连接黑洞和白洞的爱因斯坦罗森桥俗称虫洞,它是一个双居空间。 虫洞的下方正是刚来到这个世界的小城。 随便拍打一下地面,就可以看到一小段能量弦线。原来,小城收到的绳子是组成物质的最小单元,一个能量弦。能量弦有开弦有避弦, 开弦变成了绳子,避弦变成了大球, 把能量弦打成喜欢的结节,通过量子纠缠就变成了宇宙一号飞船。 转动提普勒柱体。这个时间机器,小城可以回到过去的任何时间点。 小程看到身边一对粒子和反粒子,当粒子逃出黑洞时,就会形成霍金辐射。 原来宇宙中的一切都是小城自己创造的。 时间机器播到了小城接住苹果的时刻, 定个小城就要来了。 此时小陈踩了一下创世起点,他脚下有六个选项,这六个选项是整个动画最难的部分,他也是整个动画的画龙点睛之笔。 为了理解这六个选项,让我们回到一九八零年,当时的物理学家发现了一个颠覆性的宇宙模型。在这个模型中,宇宙中的所有粒子都是由极小的震动能量弦组成,也就是弦理论中的弦。 由于这个模型采纳了超对称的概念,它又被称为超弦理论。当这些弦相遇时,它们可以相互作用,比如和 病分裂,并且和吉他一样,可以有不同的震动模式。从我们的视角看,这些不同的震动模式组成了不同的例子。令人惊奇的是,超显理论还可以将引力量子化,他也一度被认为是可以统一宇宙的万物理论。 但是超显理论为我们的宇宙设置了一些条件。超显理论认为宇宙并不是四个维度,而是十个维度,其中有六个维度我们还没发现任何踪迹。 超弦理论还认为弦的类型也是可以被探测到的。例如,如果我们要探测一个开弦,那么他们可以自己卷成一个辟弦,因此我们必须可以探测到辟弦。 如果要想满足这些条件,物理学家发现超弦理论只会允许五种不同的宇宙。第一类型包括的是开弦和辟弦。第二 a 型和第二 b 型包括的是 b 弦,剩余两个 o 型和 e 型包括运动方向相反的不同类型的 b 弦。现在让我们回到小城脚下的六个创始选项。当小城人踩下机关时,最左侧的就是第一类型的宇宙, 这个宇宙是由开弦和臂弦组成的。第二个选项是第二臂型,这个宇宙是由开弦组成的。第三个和第四个选项是 o 型和异形宇宙,这种宇宙是运动方向相反的,不同类型的臂弦组成。 第五个选项是第二行,这个宇宙也是由开弦组成的。这五个选项都是超弦理论允许的宇宙模型,而选项的最后一个创始选项代表的是另一个宇宙模型。这个宇宙不是由弦组成的,他就是广义相对论和超对称的结合体,超引力。