66666天前
十年以后 爱因斯坦给出了答案 1916年 他正式提出的广义相对论 基于等效性原理,爱因斯坦认为加速运动与引力作用是等效的 所以正在加速或者减速的飞船,正处于一个强引力场之中 引力场越强 时间流逝就越慢 所以相对于处于强引力场的飞船 地球的时间流逝的就会比他快 虽然地球之于飞船相对运动造成了时间减慢 但两个叠加 结果就会是地球的时间,总体比飞船的时间快 所以如果换作以飞船做为参考系 我们要同时计算,高速运动造成的时间膨胀 还要考虑 加速运动 也就是引力场造成的时间膨胀 两项叠加 计算结果与地球作为参考系,是一致的 都是出去飞一圈的乙 更年轻 听上去好像 很抽象 我下面举一个实际应用的例子 全球定位系统GPS 或者我们的北斗卫星 卫星在高空中绕着地球高速转动 他的速度大概是1.4万公里/小时 根据狭义相对论来计算 卫星的时间相比地面上,每天会慢7微秒 另外 卫星的高度距离地面2.15万公里 根据广义相对论 卫星所处的引力场要比地面弱 算出来每天会快45微妙 两项叠加 卫星的时间每天会快39微妙 造成的直接结果就是,每天会造成10公里的定位误差 所以不管是GPS还是北斗,要定位准确 就必须同时用狭义和广义相对论的时间膨胀公式来修正 所以爱因斯坦所说的时间膨胀 并不是有些人认为的人的感知,人的意识 或者信息传递的时间差 他与人的意识没有任何关系 不管有没有意识 甚至不管有没有人 时间他就在那里流逝 流逝的快慢 只与运动速度和引力场 这两个因素有关 当然 广义相对论不仅仅是讲时间膨胀 就是物质的质量或者能量,会导致周围的时空发生弯曲 他用引力场方程 对时空曲率与物质的关系,进行了定量描述 最初爱因斯坦得到的方程是这样的 但是后来他发现 基于这个场方程得到的宇宙模型 没办法保持静止 他要么收缩 要么膨胀 所以他在方程中加入了一个数值来维持平衡 也就是宇宙常数 有了引力场方程,聪明绝顶的爱因斯坦当然要构建新的宇宙模型 爱因斯坦的宇宙模型是这样的 首先 他跟牛顿一样 都认为宇宙应该是静止和均匀的 但是不同于牛顿的无限 爱因斯坦认为宇宙是有限的 我们可以这样想象,把三维的立体空间压缩成二维的平面 这个平面的形状就是一个球形的表面 他的大小是有限的 但是没有边界 这是基于广义相对论 质量会弯曲周围的时空 那整个宇宙就是一个质量均匀分布的整体 这个整体的时空就会被质量弯曲成一个球面的形状
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66661周前
然虫洞和白洞在广义相对论里是说得通的 但别忘了 广义相对论是时间对称的 而且它不管物理学的其他规矩 特别是热力学第二定律 目前没有任何已知的物理机制 能解释白洞里那些高度有序、复杂的能 量是怎么从空荡荡的太空中凭空冒出来的 加上我们从来没观测到任何像样的证据 让白洞这事儿看起来更像是科幻小说 而不是科学事实 如果是信奉弦理论的话 也许它们存在于眨眼的一瞬间 或者是那种根本探测不到的微观形态 但说到白洞能像传送门一样通向宇宙别处 结论挺让人失望的 这大概率只是我们理论物理学家脑子里的幻想 虽然这听着挺扫兴 但我要提醒大家 这只是否定了虫洞作为本 宇宙内部传送门的可能性 让人激动的想法依然没被排除 那就是黑洞通向的可能不是我们这个宇宙 而是全新的宇宙 虽然我们没在太空里见过白洞 它的行为跟白洞简直一模一样 大爆炸就是在一瞬间 把宇宙所有的能量脉冲式地释放出来 这看起来太像一个奇点了 而且从那以后 能量就一直往外扩散 哪怕是今天 星系和物质还在被一种神秘力量推着互相远离 驱动着宇宙膨胀 这感觉就像是白洞在把物质推离它的视界一样 我们刚才说了 白洞的视界本质上是一个时间屏障 想闯进去就像想回到过去一样 大爆炸就是我们的时间屏障 大爆炸的视界就是宇宙诞生的那一刻 大约138亿年前 我们宇宙里的任何东西都 永远没法突破那个时间零点 时间根本就不存在 大爆炸和白洞的行为如此相似 如果黑洞真的跟大爆炸有某种联系 那也许我们眼里的所谓白洞 其实就是一个新宇宙诞生的过程 这个想法给了我们完善宇宙图景的新视角 当我们把黑洞的过去和未来延伸画出来后 那个连接通道并不像虫洞那样 带我们回到本宇宙的某个地方 相反 穿过黑洞内部 一个时间倒流的平行宇宙 所以 有一派观点认为 黑洞不是空间传送门 也许我们的宇宙就是在一个黑洞肚子里诞生的 就是我们的大爆炸 你就一脚踏进了一个叫黑洞宇宙学的奇妙领域 宇宙起源于黑洞内部 而这些宇宙自己又会产生黑洞 进而生出新的宇宙 上次我们聊过循环宇宙论 说的是宇宙在无限的大 但黑洞宇宙学不一样 它认为我们的宇宙不是孤零零的 而是一个庞大的宇宙家族树的一部分 通过虫洞树枝连接 甚至还通过自然选择来繁衍 那些拥有像我们这样物理定律的宇宙 所以最擅长制造黑洞 也就最擅长生孩子 所以它们在宇宙家族里就更有优势 也许我们的宇宙就是这堆孩子里挺典型的一个 但我们永远不知道这个族
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物理学最伟大的10个公式,你心中的Top1是哪一个? 物理学史上,哪些公式真正改变了人类对世界的理解?今天,我们用倒计时方式,盘点公认度极高的“物理学十大经典公式”。 第10名,不确定性原理。它告诉我们,粒子的位置和动量无法同时被精确测量,解释了电子为何不会掉入原子核,也标志着经典力学在微观世界的局限。 第9名,薛定谔方程。它是量子世界的运动规律,让我们能计算电子在原子中的概率分布,解释了原子光谱、化学键形成以及现代半导体工作的原理。 第8名,洛伦兹变换。高速运动下,时间会变慢,长度会收缩,这解决了光速不变与经典时空观的矛盾,是相对论的基础。 第7名,质能关系式。E等于mc²告诉我们,质量本身就是能量,解释了核能释放和太阳能持续发光的奥秘。 第6名,麦克斯韦方程组。它统一了电和磁,预言了电磁波的存在,揭示光的本质,也奠定了现代通信与电力技术基础。 第5名,热力学第一定律。热量和功可以互相转化,但总能量守恒,这为发动机和制冷机提供了理论依据。 第4名,能量守恒定律。无论运动、化学还是电磁过程,能量只在不同形式间转化,总量不变,为复杂物理现象分析提供统一视角。 第3名,动量定理。力作用的时间累积等于动量变化,解释碰撞、火箭反冲和安全设计等现象。 第2名,万有引力定律。苹果落地和行星运行遵循同一法则,统一了天上与地面的运动规律。 第1名,牛顿第二定律。力、质量和加速度的定量关系,让人类第一次能准确预测物体运动,是工程和航天的根本。 这十个公式,从宏观到微观,从力学到量子世界,几乎撑起了整部物理学。你心中的Top1是哪一个?欢迎在评论区留言。最后引用牛顿一句话:如果我看得比别人更远,那是因为我站在巨人的肩膀上。 #牛顿定律 #物理学公式 #不确定性原理 #热力学第一定律 #中学物理
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66662周前
黑洞与白洞就是存在于广义相对论的方程中的天体,简单来说有一个与黑洞正好相反的天体被称为白洞,而连接黑洞和白洞之间可能会有一个通道,罗森桥,俗称是虫洞的地方,我在第二十六集详细讲过,感兴趣的可以去看一下。一些天文学家认为可能是白洞的诞生,但由于它不稳定,几乎立刻就被摧毁了,这个过程让人联想到我们整个宇宙的诞生,大爆炸,所以科学家称它为小爆炸。 • 这是我们的家园,地球及其卫星月球,放大视野,这里是我们的太阳系,再放大一点是银河系,我们在无数恒星中只是一个小小的光点,再往外是一个星系团,是星系的点点光亮和漩涡分布在无尽的太空中,继续放大是拉尼亚凯亚超星系团,这里的小光点是我们的星系,再往外是长蛇座和室女座超星系团,巨大的星系团包含数千个星系,但从这里看他们不过是小小的斑点。 • 接下来是孔雀座-印第安超星系团,这是一个宽达2亿光年的区域,我们可以不断放大视野,直到看到整个可观测宇宙,这里每一个小小的光点实际上都包含数千个星系和无数恒星。科学家推测我们的宇宙可能像一个泡泡,而这个泡泡可能与其他宇宙发生碰撞,所以推测其他宇宙可能存在,甚至可能有无限多个,他们可能都是在大爆炸后诞生的,碰撞的证据就在这里,这个被称为厄里斯巨洞,它宽约10亿光年,相比之下,我们整个星系的宽度只有大约10万光年。 • 这里绝对空无一物,它可能是我们宇宙与另一个宇宙古老碰撞的痕迹。科学家认为,当两个宇宙之间的距离最小时,他们正在彼此经过,泡泡的引力开始相互拉扯,就像两滴水在靠近时试图连接一样。但宇宙的速度太快,无法继续相互作用,所以另一个宇宙只是从我们的泡泡上撕下了一块,这个虚空中可能有大约1万个星系,他们要么被摧毁,要么被另一个宇宙吞噬。 • 下面我们模拟一下,看看这场碰撞可能如何发生。在另一个星系中,我们看到了各种颜色和形状的星云,而如果你朝另一个方向看,有一堵巨大的墙正向我们移动,墙上所有的亮点都是即将与我们相撞的巨大星系。但实际上这是一面巨大的镜子,它只是反射了我们的宇宙。 • 在这里时空开始扭曲,并以惊人的速度被拉入另一个宇宙,通常的物理定律可能在这里停止运作,重力可能消失,所有的恒星都会爆炸,行星表面的人们会处于失重状态。但如果宇宙不是擦肩而过,而是直接相撞,情况会更加可怕,巨大的碰撞能量可能会引起一场难以置信的爆炸,其力量将摧毁我们泡泡中的一切。 • 不过两个泡泡可能开始
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爱因斯坦,量子力学。 爱因斯坦,20世纪最伟大的科学家之一,不仅以其相对论颠覆了人类对时空的理解,更在量子力学取得了成就。尽管他最终对量子力学的某些核心观念持有异议,但不可否认的是,爱因斯坦的见解和贡献极大地推动了这一新兴物理理论的成长与发展。 量子力学,作为研究物质世界微观粒子运动规律的物理学分支,揭示了原子、分子、凝聚态物质以及原子核和基本粒子的结构和性质。这一理论的诞生,源于19世纪末物理学家们对经典理论无法解释微观系统现象的困惑。20世纪初,经过众多物理学家的不懈努力,量子力学应运而生,从根本上改变了人类对物质结构及其相互作用的理解。 1905年,爱因斯坦提出了光量子假说,这一革命性的理论不仅成功解释了光电效应现象,更为量子力学的建立奠定了基石。他认为光是由一种称为光子的粒子组成,这些粒子具有能量和动量。这一假说打破了光的波动说与粒子说之间的长期争议,为量子理论中的波粒二象性概念奠定了基础。1909年,爱因斯坦提出了光的波粒二象性理论,并严格证明了辐射(即光子)具有波粒二象性‌。 1917年,他提出了受激发射的理论,进一步推动了量子力学的发展。受激发射是指处于高能态的原子在受到外来光子的作用后,会跃迁到低能态,并释放出与外来光子频率、相位、偏振方向完全相同的光子。这一理论不仅为激光器的发明提供了理论基础,也展示了量子理论在技术应用领域的巨大潜力。 然而,尽管爱因斯坦对量子理论的贡献很大,但他对这一理论的某些核心观念却持有保留态度。尤其是量子力学中的不确定性原理,让爱因斯坦深感不安。在他看来,我们的世界是“实在的”,可以用一套大自然法则来描述万物的运动规律。然而,在量子世界里,这一切都被颠覆了。根据不确定性原理,我们无法同时精确测量一个微观粒子的位置和速度,这意味着微观粒子的具体运动状态是不确定的,只能用概率来描述。这种不确定性让爱因斯坦无法接受,他坚信,量子力学背后隐藏着更深层次的物理规律,这些规律尚未被人类所发现。
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