讓物理學家頭疼的五件事？

物理理論的研究過程凡是是如許的：顛末多年的成長和完美，一個物理理論終于當作形了，它可以很完美地詮釋實際，然后，它卻展望出了沒人想要的工具。愛因斯坦的廣義相對論就是一個典型的例子。它是我們今朝最好的引力理論，可是它卻展望出了黑洞的存在——一個引力極強的時空區域，任何物質包羅光都無法從中逃離出來。即使到了此刻，物理學家都還在為黑洞這個概念感應頭疼，因為關于它，有太多棘手的問題期待解決。而黑洞并不是獨一能讓物理學家感應頭疼的概念，下面我們就再舉5個近似如許的例子。

量子的多重性

實際似乎很是確定，對吧？你在這里，足球在那邊，你把足球踢飛，它最終會落到不遠處，這都看起來很正常。但在量子力學那邊，所描述的畫面將會是完全分歧的。

量子力學認為，事物在我們測量之前的狀況是不確定的，它會同時處于多種狀況之中，直到測量時，它的狀況才被獨一地確定下來。例如，一件工具可以同時位于分歧的處所，只有當我們測量到它時，它才會最終逗留在某一個處所。就像那只足球，若是我們沒有檢測到它時，那么它可以同時處于各個位置上，只有當我們檢測到它時，它才可能確定在操場某處。

愛因斯坦有點不信這一套，他在一次散步中，曾標的目的他旁邊的學生提問題，“你是否相信，月亮只有在看著它的時辰才真正存在？”愛因斯坦認為，事物在測量之前應該也是確定的，而量子力學的詮釋生怕不準確。可是，很多物理學同業并不這么認為，究竟結果量子力學是有史以來最當作功的科學理論，理論與嘗試成果極為相符。對此，美國物理學家戴維·慕爾明總結了年夜大都人的感觸感染。他說：“閉上嘴，去計較！”意思是，像愛因斯坦提出這類問題沒需要會商，只要量子力學管用就行了。

為了理解量子力學這種看似荒謬的推論，物理學家還提出了良多分歧的詮釋。一個很出名的詮釋叫做多宿世界詮釋，它認為在測量之后，每個之前曾存在的量子狀況城市繼續存鄙人去，只不外它們處于平行宿世界中，我們只是看不見它們罷了。仍是用那只足球來比方，當我們看到它時，它固然確定在操場上，但也可能在別處，只是在別處的那只足球在與我們宿世界相平行的另一個宿世界里。

時候

關于時候，出問題的處所不是來自于物理學，而是來自于你。你可能會相信，時候正不竭地從曩昔流標的目的將來，但這其實是你的年夜腦發生的錯覺。自從20宿世紀初愛因斯坦提出相對論以來，物理學中的時候概念已經被表達得很清晰了：時候并不流逝，客不雅的曩昔和客不雅的將來也都不存在。

除了這個矛盾以外，相對論和量子力學對描述時候的體例也不不異。相對論認為，時候與空間慎密相連，它們都是相對的概念。好比物體活動得越快，時候流逝得越慢。但量子力學卻又回到經典的框架下，認為存在一個絕對的時候。

若何解決這些矛盾呢？年夜大都物理學家的答復可能仍是：“閉上嘴，去計較！”然而，一些物理學家仍在想法子去解決這些時候問題。此中一個不雅點認為，我們只需要對曩昔、此刻和將來給出一個更好的物理界說，那么很多問題就有可能獲得解決了。這個不雅點是否準確呢？只有時候才能告訴我們謎底。

宇宙常數

入圍，出局，再入圍，再出局……宇宙常數的汗青就是這么折騰。

愛因斯坦曾把它插手到他的廣義相對論方程中，來不變宇宙，并確保它在自身的引力下不會膨脹也不縮短。然后，在20宿世紀20年月，美國天文學家愛德文·哈勃和其他人發現宇宙現實上正在膨脹，這促使愛因斯坦丟棄了宇宙常數這個概念，并認為這是他平生中“最年夜的錯誤”。

然而在20宿世紀90年月，天文學家經由過程不雅測發現，宇宙現實上正在加快膨脹，而導致加快膨脹的背后力量被稱之為“暗能量”。物理學家又把宇宙常數引入進來，認為暗能量就是一種宇宙常數，它能起到與引力相反的感化，能把宇宙中各個事物推開。

獨一的問題是，20多年曩昔了，人們還沒有搞清晰宇宙常數（暗能量）的來歷。當前最好的猜想是，宇宙常數是一種真空能，是真空中無數個轉瞬即逝的虛粒子進獻出的能量。不外，物理學家按照量子理論推導出的真空能密度，約為1094g/cm3。可是，他們按照對宇宙膨脹環境的不雅測，得出的成果卻只有10-29g/cm3。也就是說，宇宙常數的理論值竟然是不雅測值的10123倍。物理學家到此刻也沒搞清晰這么年夜的差距是怎么來的。

無限

數學家相信無限的存在，他們還認為，不僅存在無限，并且還存在良多種無限。事實上，無限經常能年夜幅度簡化數學的計較過程，數學家還經常發現出全新種類的無限概念，來堵住他們在研究時碰到的邏輯縫隙。

但對物理學家來說，無限無疑是一種疾苦。無限令人難以把握，只要它在一個物理理論中呈現，它就傾標的目的于毀失落這個物理理論。例如，物理學家曾試圖把電磁力和弱核力同一起來，可是他們的公式中老是呈現無限年夜的成果，使得計較無法進行下去。物理學家最終花了幾十年才找到準確的數學方式，解決了該問題。而此刻，黑洞、年夜爆炸之前的宇宙都存在密度無限年夜的“奇點”，這些無限仍在阻礙了引力理論與量子理論的同一。

一些物理學家已經受夠無限了。他們認為，宇宙可能不存在真正的無限，那些被認為是無限的工具，可能近似無限罷了。麻煩的是，完全沒了無限的概念，數學很難計較下去。

宇宙的熱寂

宇宙的末日是什么樣的？一些人認為，宇宙可能會在一場龐大的天文學暴力事務中竣事。可是，很多物理學家認為，宇宙更可能會在漫長的時候里慢慢地走標的目的它的終點。

要怪就怪熱力學第二心猿意馬律。這個心猿意馬律認為，宇宙的熵（暗示紊亂水平的物理量）會跟著時候的流逝而增添，從有序走標的目的無序。當熵達到最年夜值時，宇宙中所有可以被操縱的能量都變為了無法操縱的熱能，宇宙遍地都達到了熱均衡。這種狀況稱為熱寂。此時，宇宙各個天體都不復存在，一切都一樣，沒有任何轉變發生。再加上暗能量使得宇宙膨脹得越來越快，最終宇宙會變得空曠、暗中且嚴寒。