1900:游走在欧洲的物理学霸 第898节

  李奇维也不再继续考验这些天才们,继续说道:

  “下面,我来谈谈我的看法。”

  “其中会用到一些计算,大家不要开小差,不然可能听不懂。”

  哗!

  众人瞬间兴奋!

  他们恨不得多长几只眼睛,怎么可能还走神。

  在所有的期待下,李奇维说道:

  “对于我们人类而言,世界是存在极限的。”

  “比如根据宇宙膨胀理论,离我们无比遥远的地方,膨胀速度甚至超过了光速。”

  “那么那里发生的任何事情,都将和我们无关,这个距离就是某种极限。”

  “但是这个极限并不是理论的极限。”

  “我们有99.99%的把握认为,哪怕是空间膨胀速度超过光速的那片区域,量子力学和相对论依然是成立的。”

  “那里的时空会弯曲,那里的微观粒子位置动量不确定。”

  “这是理论的普适性,也是我刚刚反驳安德森同学的理由。”

  众人闻言,这下算是明白了。

  “但是,在一种特殊的情况下,理论就有可能失效。”

  “我们知道,对微观世界最重要的一步就是测量。”

  “测量电子的位置、电荷、质量等。”

  “没有测量,我们就无法观察微观世界的一切现象,也就无法创造对应的理论来解释现象。”

  “测量至关重要,但测量本身却是有极限的!”

  “在宏观世界,一个人想知道自己多高,拿个尺子量一下就行。”

  “但如果想知道一个电子有大,拿尺子就不行了。”

  “对于微观世界,唯一的测量方法就是用另一个微观粒子作为工具,去测量被测量的微观粒子。”

  “但是微观粒子和宏观物质有巨大的差别,这就会导致测量出现极限。”

  “现在,大家随着我一起,来做个思想实验。”

  “思想实验很重要,希望你们在未来要逐渐学习并习惯这种思维。”

  众人听的双眼放光,感觉在布鲁斯教授的娓娓道来下,他们已经站在了物理最前沿。

  “假设现在要测量一个微观粒子A。”

  “那么就必须发射出另一个微观粒子B与之相互作用,通常来说,B是光子。”

  “如果想精确地测量出A的位置,那么就必须使光子的波长尽可能地短。”

  “这样才能将粒子A恰好捕获在光子的波长中,从而达到【测量】目的。”

  “A的尺寸越小,则光子的波长也要越短。”

  “这一点大家能理解吧。”

  “但是,根据E=hv,光子的波长越短,则频率越大,于是能量就越高。”

  “当A的尺寸小到某个极限值时,这时候光子的能量也会到达一个极限值。”

  “这个能量极限值就是【mc】。”

  “这里的m指的是所测量的粒子A的质量。”

  “因此mc就是根据狭义相对论计算,该A粒子所具有的全部能量。”

  “如果用于测量的光子的能量,超过了mc,那么光子在撞击到粒子A时,粒子A很可能会吸收掉这份能量,产生一个全新的粒子A。”

  “如此一来,测量过程发生变化,我们甚至不知道自己到底在测量什么了。”

  “换句话说,测量失去了意义。”

  “这个时候,该光子的波长就是粒子A的【测量极限波长】。”

  “一旦光子的波长低于这个极限,那么光子撞击粒子A足以产生新的粒子A。”

  “【测量极限波长】很明显和粒子A的质量成反比关系。”

  “粒子A的质量越大,则其能量mc就越大,那么测量光子的临界能量就越大,因此波长就越短,所以相应地,【测量极限波长】就越短。”

  “此外,根据不确定性原理,可以将上述的方法描述的更精确。”

  “当粒子A的能量不确定性大于mc时,就有足够的能量生成一个同类型的新粒子。”

  “此时,测量同样失去了意义。”

  众人听的目瞪口呆,震撼不已。

  忽然,李奇维提高声音,说道:

  “注意!”

  “以上是从量子力学和狭义相对论的角度来阐述。”

  “从广义相对论也能得出类似的结论!”

  “根据广义相对论和恒星演化理论,一个质量为m的物体,当把它的尺寸压缩到某个半径时,则该物体会直接形成黑洞。”

  “这个半径就是【史瓦西半径】。”

  “显然,史瓦西半径是和质量成正比的,质量越大的物体,则它的史瓦西半径越大。”

  “比如太阳的史瓦西半径是3千米,地球的史瓦西半径是9毫米。”

  “即,如果能把地球压缩成一个半径为9毫米的小球,地球就会变成一个黑洞。”

  “我之前在罗马大学演讲时,曾经提到过一滴水压缩成黑洞,就是这个原理。”

  “从数学上分析,我们无法从黑洞内部得知任何信息。”

  “在黑洞内部,任何物理理论都是失效的。”

  “因此,如果当光子的能量足够大,产生的新粒子A甚至直接变成黑洞时,那么测量就真正失去了意义。”

  “黑洞会吞噬一切测量光子。”

  “粒子A虽然是微观粒子,但是它同样具有对应的史瓦西半径。”

  “现在,我们把粒子A的【测量极限波长】和【史瓦西半径】联系起来。”

  “如图所示。”

  李奇维开始一边计算,一边讲解。

  众人无不骇然!

  他们已经完全沉浸进去在这场匪夷所思的思想实验中。

  “假设当粒子A的【测量极限波长】和【史瓦西半径】相等时,我们可以算出此时粒子A的质量。”

  “根据计算可知,它的值是2.2×10^-8kg。”

  “我把这个质量值称为【极限质量】。”

  “极限质量代表什么意思呢?”

  “它是宏观世界与微观世界的分界线!”

  “任何粒子的质量只要小于极限质量,那么该粒子的不确定性作用范围就会超过史瓦西半径。”

  “即,这个粒子不会坍缩成一个黑洞,而是以波粒二象性的形式存在。”

  “可以理解为【波性】压倒了【粒子性】。”

  “但若粒子的质量大于极限质量时,该粒子会直接形成黑洞,一切物理定律失效。”

  “那么此时的任何测量行为也都是没有意义的。”

  “所以,【极限质量】就是理论上黑洞的最小质量。”

  “低于极限质量的黑洞,会跌入量子世界,化为波粒二象性,而不是形成宏观的黑洞。”

  “当粒子A的质量为极限质量时,此时它的【测量极限波长】计算结果为1.6×10^-35m。”

  “我把这个长度值称为【极限长度】。”

  “它代表现有的广义相对论和量子力学所能描述的最小尺度。”

  “而光走过【极限长度】所需的时间,计算可知它的值为5.4×10^-44s。”

  “我把这个时间值称为【极限时间】。”

  “它代表在小于这个时间间隔内发生的一切现象,都无法用现有的物理理论描述。”

  “【极限长度】和【极限时间】就是目前物理学所能探索的极限。”

  “即:最小的尺度!”

  轰!

  全场骇然!

  随后,就是死一般的寂静!

  所有人被震撼的目瞪口呆。

  李奇维看着众人,微微一笑。

  很显然,极限长度、极限时间、极限质量分别就是真实历史上的普朗克长度、普朗克时间、普朗克质量。

  普朗克自己都没有想到,当初他从纯数学的角度编造出的数字,竟然会有如此匪夷所思的物理意义。

  这其中的关键就在于光速c和普朗克常数h。

  前者代表了相对论,尤其是广义相对论,而后者代表了量子力学。

  通过黑洞和不确定性原理,二者殊途同归地达到一个极限。

  在这个极限尺度下,相对论和量子力学同时失效。

  不得不说,这是一个巧合。

  但这个巧合或许蕴含着某个极其深刻的道理。

  宇宙中的几个常数实在太神奇了,它们之间的联系还远远没有被研究清楚。

  或许这些常数才是宇宙最本源的架构。

  如果有一个公式能把所有宇宙常数结合在一起。

  那么,它是不是就能计算出宇宙的一切结果呢?

第569章 第二只神兽!拉普拉斯兽!贯穿时间长河!编织众生命运!斩!

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