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爱因斯坦想要的“终极说明书”,我们还没拿到 你也许不知道的引力故事(五) 爱因斯坦一生有个执念。 他想要一套能解释一切的规则 ——万物理论 问题在于,我们现在的物理学,其实是两套理论。 一套叫广义相对论。 它告诉我们:行星怎么绕着恒星跑,光为什么会被黑洞拽弯,时空可以被质量拉扯、压陷。 另一套叫量子力学。 它解释原子发光、化学反应,还有你手机芯片里每一次电子跳跃。 各自都对。 真正的麻烦,出现在两者必须同时出场的地方—— 比如黑洞的中心, 比如宇宙诞生的最初一瞬。 相对论说: 那里有奇点,密度无限大。 量子力学却说: “不可能有无限这种东西。” 于是,物理学开始尝试“和解”。 第一种尝试,是弦理论。 它把所有粒子想象成极小的“弦”, 不同的振动方式,变成电子、夸克,甚至引力子。 听起来很美。 代价也很大—— 你必须接受:宇宙可能有我们看不见的额外维度, 而且到目前为止,没有任何实验证据站出来替它作证。 另一条路,更激进。 循环量子引力认为: 时空不是连续的布,而是由极小的“圈”编织成的。 像一层看不见的量子泡沫。 在这种世界里,坍缩不会走向无限。 在黑洞深处,事情会反弹。 理论家给它起了个名字: 普朗克星。 如果这是真的, 那些古老的黑洞, 在极其漫长的时间后, 可能会从内部爆裂成一场强烈的辐射闪光。 我们还没看到。 但至少,这个想法是—— 有可能被验证的。 更震撼的是,这种“反弹”的想法, 不只发生在黑洞里。 它甚至暗示: 宇宙可能不是一次性大爆炸, 而是一次次坍缩、反弹、再诞生。 在我们之前, 也许有过别的宇宙。 听上去很浪漫, 但现实马上泼来冷水: 热力学告诉我们, 事物往往走向衰败,而非永远重置。 所以现在, “一次性大爆炸 + 少量量子微调”, 依然是主流答案。 但没有人真正满意。 斯蒂芬·霍金曾说, 令人欣慰的是—— 我们还没把宇宙想完。 牛顿看到苹果落下, 寻找的是支配运动的规律。 爱因斯坦想象自己在坠落, 思考在坠落过程中世界会是什么感觉 一个视角,支撑了桥梁、火箭和日常生活。 另一个视角,让我们得以窥探黑洞、引力波和万物的命运。 而在它们尚未完全重合的地方, 在量子泡沫、暗物质与弯曲时空之间—— 引力的故事,还没有写完。
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万有引力定律使天上、地面物体的运动规律有了统一的描述,奠定了物理学的力学基础。对于地球起源的研究而言,万有引力定律解释了地球以及其他天体之间的引力相互作用,为理解地球在太阳系中的形成和运动提供了重要的物理基础。 例如它可以解释地球为什么围绕太阳公转,以及行星之间的相互引力如何影响它们的轨道和演化,使科学家能够从力学角度探讨地球在太阳系形成过程中的动态变化,为地球起源的研究提供了关键的理论框架。 康德-拉普拉斯星云说是关于太阳系形成的重要假说,对解释地球起源具有重要意义。1755年康德根据牛顿的万有引力原理提出,太阳系中的太阳、行星和卫星等是由星云(一种稀薄的云雾状微粒物质)逐渐演化形成的。1796年拉普拉斯也提出了与康德类似的星云说。 该假说认为恒星的形成是银河弥漫的原始星云的某一个球状碎片,在自身引力的作用下不断收缩,产生旋涡,旋涡使星云碎裂成大量碎片,每个碎片又逐渐转化为恒星,太阳就是其中之一。它不断收缩旋转,在长期的运动中形成原始太阳,周围的物体不断聚合、碰撞,越转越大,就形成了今天的八大行星。行星周围的物质也是这样渐渐形成了卫星。 这一假说为地球起源提供了一个系统的、基于自然演化的解释模型,从宇宙物质的初始状态出发,描述了地球和太阳系其他天体如何在引力和物质相互作用下逐渐形成,成为现代地球起源研究的重要基础理论之一。 尽管随着科学研究的深入,该假说面临一些挑战,但它所构建的基本框架仍然在地球起源研究中具有不可替代的地位。 放射性定年法是现代地质学中确定地球年龄的关键技术,其原理基于放射性元素的衰变特性,许多元素的原子核具有不稳定性,会自发地放出射线,逐步衰变为另一种元素,这个过程被称为放射性衰变,且衰变速度恒定。 例如铀238衰变为铅206的半衰期约为四十四点七亿年,这意味着每经过四十四点七亿年,铀238的原子数量就会减少一半。科学家通过精密测量岩石中放射性元素及其衰变产物的比例,就能够推算出岩石的年龄。 在确定地球年龄的过程中,科学家对地球上最古老的岩石、月球岩石以及陨石进行了放射性定年分析。在西澳大利亚的杰克山,科学家发现了约40亿年历史的古老岩石,这些岩石为地球早期历史提供了珍贵线索。月球作为地球的近邻,其岩石样本也成为研究地球年龄的重要参考。 1969年,阿波罗11号任务采集的月球岩石样本经测年分析显示,其年龄与
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一般力学 力学作为物理学中最基础的分支之一,研究物体机械运动的基本规律及其应用。从宏观的天体运行到微观的粒子运动,从刚体的简单平转到流体的复杂湍流,力学原理渗透在自然界的方方面面。 力学思想的萌芽可追溯至古希腊时期。阿基米德通过杠杆原理和浮力定律奠定了静力学基础,而亚里士多德虽在运动学上存在谬误,却首次系统思考了力与运动的关系。文艺复兴时期,伽利略通过斜面实验推翻亚里士多德的错误理论,提出惯性概念,为牛顿力学体系的建立铺平道路。1687年,牛顿发表《自然哲学的数学原理》,系统提出三大运动定律和万有引力定律,构建起经典力学的完整框架,这一体系在此后两百年间成为解释宏观世界运动规律的金科玉律。 19世纪后期,随着研究对象的扩展,经典力学开始分化发展。拉格朗日和哈密顿分别从变分原理出发,建立分析力学体系,将力学规律表述为更普适的数学形式。与此同时,流体力学、弹性力学等分支逐渐成熟。20世纪初,爱因斯坦创立相对论力学,修正了牛顿体系在高速领域的偏差;量子力学的诞生则揭示了微观粒子的运动规律。这些突破虽超越了经典力学的适用范围,却未否定其在宏观低速领域的精确性,反而丰富了力学学科的理论维度。 现代一般力学以牛顿定律为基础,发展出多层次的理论体系。在质点力学层面,牛顿第二定律F=ma建立了力与运动的直接关联,通过微分方程可精确描述各类轨迹运动。对于多体系统,达朗贝尔原理引入惯性力概念,将动力学问题转化为静力学平衡问题处理。刚体力学则通过欧拉角描述三维转动,结合角动量定理分析复杂旋转运动。 分析力学提供了更强大的数学工具。拉格朗日方程基于广义坐标和能量概念,将约束条件自然纳入方程;哈密顿正则方程则通过相空间描述,揭示了力学系统的深层对称性。这些方法不仅能导出与牛顿力学等价的结果,更为处理复杂约束系统提供了系统化途径。以航天器轨道计算为例,利用哈密顿-雅可比理论可高效求解多体引力作用下的运动方程。 连续介质力学拓展了离散质点的理论框架。流体动力学研究粘性流体的运动规律,纳维-斯托克斯方程成为描述从层流到湍流各种流动状态的基本方程。血流动力学作为生物力学分支,将流体力学原理应用于心血管系统分析,为医学诊断提供定量依据。固体力学则通过本构方程建立应力-应变关系,成为材料强度分析和结构设计的理论基础。
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到底是谁点燃了宇宙的引线?难道宇宙真是被一个凭空蹦出来的奇点炸出来的吗?这个教科书级别的的理论为什么会在今天被大多顶尖物理学家打破?你好地球人,欢迎来到我的频道接下来我将用二十分钟带你看看,到底是什么“爆炸”了? 要理解为什么这么多人不相信大爆炸,先从静态宇宙下手。几千年前,古人抬头时也在想,天边外面到底是什么?直到1687年,44岁的艾萨克·牛顿发表了《自然哲学的数学原理》,在书中他证明了描述地球上运动的定律,也能描述整个宇宙,牛顿的引力理论诞生了。 但问题也来了,如果他的万有引力定律是正确的,每个有质量的物体都会相互吸引,那么这股力量无疑会导致宇宙自身坍缩。而牛顿从古希腊人那里借鉴了解决方案,他基本上认为宇宙是无限的,没有中心,因此物质不会坍缩在一起,因为看不见的行星和恒星会完美地平衡整个系统。 此时,人类的第一个静态宇宙模型诞生了,认为宇宙是无限的请弹幕留名。不过这个理论有个致命的缺陷,牛顿对宇宙的描述不仅在空间上是无限的,在时间上也是无限的。虽然这种静态宇宙的观点被广泛接受,但有些人意识到它有一个问题,在夜晚仰望天空时,他们仍能看到来自星星的亮点和广阔的黑暗区域。 如果宇宙真如牛顿所描述的那样无限且永恒,那么应该能够朝任何方向看都能看到东西,一颗恒星、一个星系,这会使夜空像太阳一样明亮。然而,我们看到的并非如此,因此宇宙必定不是无限、静态和永恒的。 变革发生在两百多年后,这个人就是爱因斯坦。1915年,爱因斯坦发表了他卓越的相对论,并在其中做出了一个大胆的发现,随着观察者速度的加快,时间会变慢,长度会收缩,越接近光速,时间走得越慢,直到达到光速,时间会完全停止。因此,空间和时间是内在联系的,它们是同一件事,它们构成了宇宙本身的结构——时空。 为了证明引力不是物体之间的力,而是时空本身被其中的物体所弯曲,那说明太阳拥有巨大的引力,也会造成时空弯曲,所以应该能看到太阳后面的星星。于是,在1919年的一次日全食时,亚瑟·爱丁顿代表皇家天文学会,组织了两次探险队来拍摄这次日食,最终证明星星在日食期间发生了位移,被太阳的引力扭曲的程度与爱因斯坦预测的大致相同,随即,爱因斯坦的名字成了天才的同义词。 爱因斯坦的新定律不仅适用于物体之间的引力,它们还可以用来研究宇宙本身的结构。虽然他用新的引力理论推翻了牛顿,但问题又来了,在广义相对论中,宇宙
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