1
智子，锁死人类物理学
在《三体》中，有一个令全人类都窒息的存在。
它就是三体人的智子，一种智能微观粒子。
它不仅能对人类进行24小时全方位无死角的监视，还能干扰高能加速器的运行。
在智子的干预下，人类的高能加速粒子实验，不再有任何规律可循。
这令科学家感到绝望，有的甚至选择自杀，并直呼“物理学不存在了”。
为何会这样？
因为作为一切自然科学的基础，物理学研究的就是物质运动最一般的规律：
牛顿力学，研究物体机械运动的规律；
电磁学，研究物质的电磁运动的规律；
热力学，研究物质热运动的统计规律；
相对论，研究物体高速运动的动力学规律；
量子力学，研究微观物质运动的规律。
如果物质运动不再有规律可循，那么物理学也将不再存在。
智子对高能加速粒子实验的干预，锁死了物理学继续发展的可能。
在三体文明的面前，人类真的就只是虫子。
拥有最聪明大脑的人类科学家，却只是可笑的“火鸡科学家”。
当然，这只是《三体》中的科幻设定。
但今天，物理学的确正在面临“危机”：物理学，真的不存在了。
2
胜地不常，盛宴难再
人类历史上，有一群顶尖天才存在。
正是因为有了他们的存在，人类才拥有壮丽文明和科学神话。
回首人类近现代史年，这是科学“群星闪耀”的年代。
他们的的名字是：哥白尼、伽利略、牛顿、费马、欧拉、高斯，黎曼，伽罗瓦、麦克斯韦、希尔伯特、爱因斯坦、玻尔、狄拉克、哥德尔、图灵、费曼、拉马努金、杨振宁、外尔、威藤、霍金…………
他们并非个个家喻户晓，有的甚至命运多舛。
他们本来和我们一样，只是宇宙中一粒尘埃。
但他们的思考力，却能洞穿整个宇宙。
正是这些人，构成了人类文明不断向前的基石。
但如果有一天，天才再无用武之地了呢？
20世纪以来，高能物理光芒四射，收获颇丰。
它也一直是当代最前沿的物理学研究方向。
然而，从20世纪60年代起，高能物理则不断开始受到质疑。
物理学家杨振宁先生就曾公开表示：高能物理“盛宴已过”。
并在在公开场合反对中国建设大型对撞机，引发强烈争议。
表面上杨振宁反对中国建设对撞机，但实际上是对“基础粒子研究”失去信心。
这可是物理学最前沿的领域，也是物理学终极理论的希望之所。
这决不是某一个人的观点，而是很多物理学家的共识：理论物理学已经开始走入空想主义，“科学圣杯”距人类愈发遥远。依靠大型对撞机对基础粒子的研究，从而推动物理学向前跃进，已经走入死胡同。
近60年来，再无获得共识的伟大物理学理论问世。
近60年来，也再无伟大的物理学家被奉为“灯塔”。
近60年来，也再无激动人心的新人理论得到验证。
很多时候，我们甚至怀疑，真的有一个超级文明将我们的物理学锁死了！
回首人类物理简史，看看“盛宴已过”到底是危言耸听，还是智者箴言？
3
从创世说起
一切回到宇宙本原，重新来思考物理学的一切。
宇宙是从什么时候开始的呢？
现代科学普遍接受“宇宙大爆炸”理论，英文叫做BigBang！
“哈勃红移”和“宇宙微波背景辐射”这两大实验数据支持了这一理论：宇宙就是源于一个大爆竹。
当然你可能会问，那爆炸之前是什么呢，点燃爆炸的人又是谁呢？
这些问题属于哲学的范畴，不属于科学的领域。
如果一定要死嗑这个问题，牛顿会用“上帝是第一推动力”来忽悠你的。
创世的刹那，开始于10的负43次方秒，也称为普朗克时间，是人类已知的最小时间存在。请注意这是一个定义值，而不是一个测量值。
下面是创世时间表：
?10E－43秒，十维宇宙分裂成一个四维宇宙和一个六维宇宙。六维宇宙崩溃，缩成10E－32公尺。四维宇宙（我们今天所在的宇宙）则迅速爆炸，此时的温度高达10E32（10的32次方）度；
?10E－35秒，大一统作用力崩解；
?10E－9秒，电弱对称崩解，此时的温度是10E15度；
?10E－3秒，夸克开始凝聚，中子与质子出现，此时的温度是10E14度；
?3分钟，质子与中子开始凝聚成稳定的原子核；
?30万年，电子开始凝聚在原子核周围，第一个原子出现；
?30亿年，第一个似星体出现;
?50亿年，第一个星系出现；
?～亿年，太阳系诞生，又经过数十亿年，地球上出现了第一个生命。
不管你信不信，这是目前已经成为众多科学家普遍共识的创世时间表。
表中所述的那个数量级上的时间、长度、温度等所有数值，没有任何一个可以直接测量。
因为目前咱们人类的技术和工具水平，还远远不能企及到那个数量级。
但是，人类的天才们做到了。
这个时间表里面的每一个数字的背后，都是一堆严密的公式和演算。
都是无数的物理学家和数学家呕心沥血的结晶。
这些结论是基于科学本身做出的演绎和推理，而不是凭空想像。
4
物理学的最前沿在哪里？
回顾宇宙极简史之后，现在要问的是，物理学最前沿的研究领地在哪里？
今天，寻找最古老的问题的答案就是物理学最前沿的研究方向。
我们从创世时间表的第一个事件谈起：十维宇宙分裂。
一只在直线上行走的毛毛虫只能前后移动，所以，我们把直线或曲线叫做：一维空间；
一只阿米巴扁平虫可以在球面上前后左右移动，所以，我们把平面或曲面叫做：二维空间；
一只鸟在我们的空间可以上下前后左右移动，所以，我们的空间叫做是：三维空间；
加上时间一维，我们的世界是四维的，合称时空。
依此类推……
多维空间（四维以上）的人，看着我们的保险柜时根本就是内外一目了然。
就像我们看二维平面上的圆圈一样，因为我们拥有第三维的“上帝视角”。
阿米巴扁平虫只能感知二维的世界，那么我们如何证明我们所能感知的所谓“真实”，岂不是也受限于我们自己的认知条件？
人类的大脑和眼睛，只是为了应付三维空间和四维时空的各种情况演化出来的。
它们并不具备辨识和解析高维度空间物体的能力。
超弦理论认为：宇宙真正的时空，其实是一个十维的空间。
其中四维是爱因斯坦的时空流形，也就是我们的日常生活空间。
另外一个和它’垂直’的，还有一个很小很小的六维流形。
在这个十维空间中，有一种最小单位的弦纵横其中。
以类比的说法，十维空间是宇宙这座大琴的音箱。
拨动这些弦造成不同的音高与音色，会产生不同的基本粒子，进而发展出所有的物质与作用力。
最新的“M理论”，由当代物理巨匠威藤提出。
结合了五种超弦理论和十一维空间的超引力理论。
藉由单一个理论，来解释所有物质与能源的本质与交互关系。
“超弦理论”和“M理论”，都野心勃勃想统一广义相对论与量子力学。
试图构建终极“大统一理论”，这就是理论物理学最前沿的研究方向。
5
如何构建“大统一理论”？
构建“大统一理论”，着手点是统一四种自然力，必须从最基础的粒子作用开始研究。
由于微观粒子之间仅存在四种相互作用力：万有引力、电磁力、强相互作用力、弱相互作用力。
理论上宇宙间所有现象，包括十维空间，都可以用这四种作用力来解释。
两千年来，科学家已经发现我们宇宙的所有现象，都可以简化成四个作用力：
?电磁力：包括电力、磁力和光本身，合称为电磁力。电荷（磁级）正负相同为排斥力，相反为吸引力。由光子传递，与电量成正比，距离成反比。长程力，在四种力中第2强。
?强核力：是夸克之间的吸引力，由胶子传递。在有效距离内，距离越大，力约大。短程力，在四种力中最强，也是恒星燃烧能量的自然力，氢弹的爆炸正是运用强核力的原理。
?弱核力：弱核力左右了部分放射性物质的衰变形态，是造成β衰变一类的衰变的力。由希格斯粒子(W+、W-、Z0)传递，较弱，短程力，作用在夸克级的粒子。是四种力中第3强的。
?重力：由引力子传递，与质量成正比，距离成反比。长程力，在四种力中最弱。
为何要统一自然力？一旦人类将所有的作用力整合成一个作用力，这时会有什么突破？
人类能够改变时空的结构，了解宇宙万物的来龙去脉，让物质变得井然有序。
任意地组合与改变粒子，制造出前所未有的物质形态。
我们甚至能左右空间的维度数，成为宇宙的主宰。
回看一下人类掌握“力”的历史：
?人类诞生的历史超过数千万年，在99.99%时间里，人类能够掌握的能量只是双手和肌肉的力量，大概只有八分之一马力；
?十万年前，随着手持工具的发明，人类的能量输出倍增，达到一又四分之一马力；
?牛顿发现万有引力和运动定律，让力学被简化成条理分明的方程组。现代机械原理催生出蒸汽机，人类掌握的能量达到数十到数百马力；
?麦克斯韦尔方程式，启迪了爱迪生等发明家，人类进入电力时代，能量级数获得飞跃，极大地改变了人们的生活。
?爱因斯坦的相对论为人类打开了核能利用的时代，人类掌握的能量提升到足够摧毁自己所居住的行星的程度。
6
那些“统一自然力”的天才们
1、黎曼：硬刚“欧几里德”和“牛顿”的巨人
年6月10日，数学天才黎曼在德国哥廷根大学发表了《关於几何基础的假设》，撼动了两千年来从未被动摇过的欧几里德几何学。
黎曼认为，欧几里德数学根基只是常识与直觉的流沙，而不是扎实的逻辑推演结果。
比如，欧式几何说三角形三个内角之和等于度。
但这个看似简单的问题，在数学史上却从来没有被严密证明过！
而且，假如身处弯曲表面的世界，这个公式就不成立了。
黎曼作出了牛顿两百年来首次划时代重大突破，彻底推翻了牛顿的超距作用原则。
他认为：作用力源自于几何学，作用力只是由于几何结构扭曲所造成的必然现象。
在牛顿早已成神的年代，说出这样的结论需要何种气魄。
总结一下黎曼的伟大之处：
?他以多维空间理论简化了所有自然作用力；认为电力与磁力和重力一样，只是高维空间弯曲产生的结果。
?他提出了虫洞的概念，黎曼切口是多重连结空间的一个最简单范例。
?他以“场”来描述重力，以“度量张量”描述空间里每一个点的重力场。
黎曼英年早逝，并未找出电力与磁力的场方程式，也没有计算出空间要褶皱到什么程度才足以描述不同的作用力。
这几项重要发展留给了麦克斯韦尔和爱因斯坦。
2、麦克斯韦：电和磁的合并者
麦克斯韦，一个被忽视了堪与牛顿齐名的大科学家。
年，麦克斯韦出版了电磁学专著《电磁学通论》。
这本著作系统总结了库仑、安培、奥斯特、法拉第的研究成果，建立了完整的电磁理论，将电力和磁力统一了起来，这让后来的爱因斯坦都感受到了压力。
有了电磁学，才有了现代光学、电工学、电子学，就不可能有电气化和通信技术。
麦克斯韦一辈子太低调，我们帮他总结一下“光辉成就”：
?建立了统一的经典电磁场理论；
?建立光的电磁理论，预言电磁波的存在；
?为爱因斯坦的狭义相对论铺路。
3、爱因斯坦：御光者
（1）狭义相对论，光速恒定?E＝mc2
爱因斯坦小时候就喜欢自问自答：
“如果你追上一束光线，它看起来是什么样子？你会不会看到一束静止的光波，冻结在时间中？”这个问题，让他在后来的50年里，带领人类走进了时空神秘之旅。
16岁时，爱因斯坦发现世界上似乎并没有能够追上光速的东西。
26岁时，他用严密的数学证明了这一发现，在瑞士专利局担任低阶职员的他，用麦克斯韦尔的场方程式推导出狭义相对论。
用一句话概括狭义相对论，那就是：光速在任何恒动架构里恒为常数。
这个定理表面上看并不显眼，但却是人类心灵的最伟大成就之一！
爱因斯坦进一步导出了下一个重大的结论：质量是从能量来的。
这个结论，一举推翻了十九世纪的两大物理发现：质量守恒和能量守恒。
自此以后，质量与能量被视为单一单位：质-能。
26岁的爱因斯坦，同时给出了质能变动的方程式，那就是著名的E＝mc2。
让我们再来追寻一下狭义相对论的推导过程：
光速恒定?时间变慢?质量不恒定?“质量-能量”相互转换?E＝mc2狭义相对论，统一了“时-空”，也统一了“质-能”。
爱因斯坦进一步思考“时空”与“质能”之间的关系，也就是狭义相对论所忽略的加速度，还有重力。
这关乎了他的下一个巨大成就：广义相对论。
（2）广义相对论，空间是弯曲的?力学＝几何学
爱因斯坦由一个简单问题开始：
“如果一个人处于自由落体状态，他就不会感觉到自己的体重？”爱因斯坦透过这个简单问题，掌握了重力基本特性：在加速度架构下的自然律和重力场的定律是一样的。
这就是所谓等效原理。
透过等效原理，爱因斯坦重新思考关于光速的问题：光速会受重力影响，重力场会扭曲光线的行进路线。
但是，根据费玛最短时间原理，光线会采取两点之间最短时间路径。
爱因斯坦再次得出一个令人震慑的结论：如果我们可以观测到光线以曲线前进，那就意味着空间本身是弯曲的！
爱因斯坦进一步得出结论：质能的存在造成周围时空的弯曲。
早在年，黎曼就提出了作用力与空间弯曲的关系，并提出了重力场论。
爱因斯坦利用黎曼的研究成果，用数学形式表达了他自己的物理学新发现，这就是广义相对论。
让我们再来追寻一下广义相对论的推导过程：
光线以曲线前进＋光线走两点间最短时间路径?空间是弯曲的?“质-能”造成“时-空”弯曲?力学＝几何学
爱因斯坦的伟大，止步于他的第三次尝试！
在狭义和广义相对论之后，他终其一生研究统一场论，寻找万物之理。
简单说，就是试图寻找一个公式，能够同时描述光与引力。
可惜，他最终没有成功。
爱因斯坦的“大统一理论”虽然恢宏，但并未收到广泛
转载请注明：http://www.0431gb208.com/sjsbszl/3957.html
