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66661月前
物理学第一定律? 什么是物理学第一定律?在物理学的所有定律中,唯独第一定律牢不可破。爱因斯坦说过,相对于自己的相对论和牛顿的万有引力定律,这些定律在未来都有可能被推翻,而熵增定律永远不会。熵增定律是凌驾于所有自然定律之上的第一定律,它是宇宙万物变化的基础,与时间单向流逝一样牢不可破。 而薛定谔也曾说过,生命以负熵为食的背后,是否隐藏着更深的法则?这就得从熵增的本质讲起。在以往的科普中,常常用混乱度描述熵,高熵状态意味着更高的无序度,而低熵则意味着更高的有序度。大部分科普对熵的解释往往就止步于此了,鲜有提及到为什么物质总是倾向无序而不是有序。 其实熵增定律背后还隐藏着一个更基础的法则,那就是概率。也就是说,物体自发运动达到能量最低状态的概率远大于达到能量更高状态的概率。万物运动皆来自能量,而能量却总是在转化。比如当我拿起一支铅笔,轻轻松手,铅笔就会倒下。在倒下的过程中,铅笔的势能转化成动能。当它撞击桌面时,这些动能以分子振动的形式转递给了桌子和空气。 那反过来,为什么平躺时的铅笔,空气和桌子不能将它们的能量传递给铅笔,让它再次竖立起来?在热力学理论中,能量是系统做功的能力。当铅笔站立时处于高势能状态,它就存在更多的能量可用于做功。而当铅笔撞到桌面后,可用于做功的能量就会减少,这些减少的能量传递给了桌子和空气。
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为什么弦理论是正确的 为什么弦理论是正确的 弦理论是物理学中的一种理论框架,它提出我们观察到的基本粒子不是点状物体,而是微小的振动弦。它旨在调和广义相对论(解释引力)和量子力学(描述粒子在最小尺度上的行为)。弦理论有可能统一自然界的四种基本力:引力、电磁力、弱核力和强核力。 什么是弦理论? 在弦理论中,宇宙的基本构件不是个体粒子,而是不同频率振动的一维“弦”。这些弦可以是开放的或闭合的环,它们的振动决定了它们代表的粒子类型。例如,不同的振动模式对应不同类型的粒子,如电子或夸克。 该理论建议,从最小的夸克到最大的星系,所有粒子都由这些基本弦构成。这些弦可以在多维空间中振动,超越我们日常生活中观察到的三维空间。 为什么弦理论可能是正确的 弦理论的一个主要动机是它有可能统一现代物理学的两大支柱:广义相对论和量子力学。广义相对论解释了大尺度上的引力(如行星、恒星和星系),但在量子尺度上(粒子非常小)并不适用。另一方面,量子力学在微观尺度上表现得非常好,但无法解释引力。 弦理论提供了一个可能的桥梁,连接这两个理论。它提出,引力,长期以来与其他力分开,可以理解为弦的振动的结果。这可能解释宇宙的大尺度结构以及亚原子层面的相互作用。 此外,弦理论提出了额外维度的存在——比我们观察到的三维空间更多的维度。这些额外维度可能解释像在极高能量下粒子的行为等现象,并可能帮助解释暗物质和暗能量的奥秘。 弦理论的证据 然而,弦理论仍处于理论阶段。虽然它为解决许多物理学问题提供了优雅的解决方案,但目前没有直接的实验证据来支持它。物理学家们正在努力寻找测试弦理论的方法,包括寻找额外维度的迹象或研究在高能量下粒子行为的变化,届时弦效应可能变得可观察。 尽管缺乏直接证据,弦理论在数学上是一致的,并为物理学的某些领域提供了新的见解,比如黑洞热力学和量子引力的性质。 为什么弦理论可能是答案 弦理论为物理学中的统一问题提供了一个引人注目的解决方案。如果它被证明是正确的,它可能提供一个解释自然界所有四种基本力的单一框架,解决物理学中长期存在的问题。这可能会导致我们对宇宙及其支配力量的更深理解。 最终,弦理论仍在进行中。虽然它仍然是猜测性的,但它统一已知自然力的能力以及数学的优雅使其成为现代物理学中最有前景的想法之一。
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