黄金城彩票二阶非线性偏微分方程——打开宇宙

发布时间:2019-05-19 08:34

  喜欢宇宙物理的一个重要原因是,宇宙物理是在这个社会活下去的动力和精神寄托,也是思维开阔的重要途径。

  最早提出原子(Atom)这个概念的是古希腊哲学家德谟克利特。Atom的意思为不可分割的,但这完全是哲学意义上的。在1803年,道耳顿提出了“原子论”人类才开始了近代原子论。之前的宇宙物理学中,米歇尔、拉普拉斯预言了暗星,即黑洞。这是两条线,一条是地球上物质成分分析的线,一条是宇宙中恒星演变及发现的线。

  拉普拉斯运用万有引力和势能公式算出了当r=2GM/c2就会形成暗星,即当太阳的质量不变,半径由现在的70万公里缩到3公里就会形成黑洞。

  对地球上物质的研究也在进行中,托马斯·杨在1801年完成双缝干涉实验,证明光不是微粒,而是波。19世纪50年代,人们在研究阴极射线(气体放电)中发现有淡淡的荧光。于是开始研究这是什么,或这作用到其他物体上会发生什么。1895年,伦琴发现了它有极强的穿透力,起名为X射线,是一种高频电磁波。之后立即运用于医学,也就是我们现在的X光。1897年汤姆孙发现了电子,比氢原子轻得多的粒子,质量为氢原子的1/1837。1896年贝克勒尔发现铀也发出荧光,具有放射性。其射线来自于原子核内部。后来发现居里夫人则发现钋的放射性是铀的400倍,镭是铀的百万倍。后来又发现了α射线(带有两个正电荷的氦核粒子流),β射线(带有一个负电荷的电子流),γ射线(电中性的高频电磁波)。

  而另一条线则是爱因斯坦发现了相对论。相对论包括狭义相对论和广义相对论。狭义相对论的观点是,“同时”是相对的,即列车在达到光速行使的时候,列车上同时发生的事情,列车下的人则觉得不是同时发生。动钟变慢,即当两个人相向而行,走过对方就会觉得对方的钟变慢了。相对论是禁止超光速的,当列车以0.9c的速度前行,而车上的人也以0.9c的速度同向行驶,那么他们的总速度不是1.8c,而是c。一个改变世界的公式就是,E=mc2,这是的基础,也就是一个物体具有能量和质量,可以相互转换。即一杯水的能量全部释放,可以炸掉一座城市。

  宇宙的时空是什么样的?我们现在处的是一个四维时空,时间这一维是不停运动的。地球上的人不动,但时间总是在走的,所以我们就会变老。有一对双胞胎兄弟,哥哥坐火箭去星际旅行,回来之后,发现弟弟老了。为什么呢?因为哥哥在宇宙中走的是一弯曲的线,而弟弟在地球上则走的是直线。其线的长短代表经历时间的长短。那为什么曲线的时间短,而直线时间长呢?在四维中,斜边是两直角边的平方差,因为时间这一维是负值。这儿我们要介绍“伪欧时空”的一个公式:dt2 = dt2 (1—v2 /c2)。 在这个公式里我们可以看到,一个人的运动速度达到光速的时候,时间就为零,即时间停滞,这就是爱因斯坦小时候想的,当人追着光跑的时候会发现什么。我们举个例子,当一个人坐火箭去银河系中心(距离地球三万多光年),以两倍的重力加速度飞行到一半,然后减速到达,之后再返回,那么他需要经历40年的时间,而地球上经过了多少年呢,六万年。

  我们再说说广义相对论,狭义相对论有什么问题呢?有,他是建立在惯性系的基础上的,而牛顿定义惯性系是在绝对空间的基础上定义的,现在爱因斯坦不承认有绝对空间,那么惯性系就没法定义了。于是爱因斯坦就推广了相对论,得到广义相对论。广义相对论的公式我们完全看不懂,是十个二阶非线性偏微分方程组成的方程组。所以我们就简单定性地说说广义相对论,主要是时空弯曲。即牛顿所说的万有引力其实不存在,像物体掉到地面完全是时空弯曲的结果,且质量越大,时空弯曲就越厉害,简单的说就像我们四人拉起一张床单,当中间放一个铅球的时候,我们在床单上放个小玻璃球,它就会滚向铅球!我们的地球就是由于时空弯曲而围绕太阳做自由圆周运动。

  广义相对论有三个可以验证的实验,即引力红移,水星进动,和光线偏折。第一个是,时空弯曲越厉害,其表面的钟就会变慢。每一种原子都有其特定的光谱线,而每一个光谱线就表示在这种原子中有一个以这种频率震荡着的钟,于是测量了太阳表面的氢光谱和地球表面的氢光谱,发现前者的光谱线出现了红移,即时钟慢于地球。第二个是解释了水星轨道每百年偏移43的进动。

  1911年卢瑟福通过用α粒子轰击金箔而得到了原子的有核模型。发现了正电荷单位质子,并说明了“质子—电子复合体”。之后约里奥夫妇(居里夫人的女儿和女婿)用“铍辐射”的辐射能打出原子核里的质子,但却认为这是γ射线。

  在天体物理上,赫罗则发现了恒星的演化过程,即恒星中间的氢在燃烧变成氦,外部则在膨胀。逐渐地内部塌陷,外部膨胀,氦聚合成碳和氧,突然它就会聚起来而形成氦闪,之后形成白矮星,其密度为一吨/cm3,现在发现的天狼星伴星即为白矮星。1932年查德威克通过计算,发现γ射线没有足够的能量,不能打出质子,于是发现了中子(一种不带电,和质子具有同样质量的粒子)。当中子发现后,核武器的研究就有了巨大的进展,因为中子不带电,用中子撞击原子核就会产生巨大的能量,即核聚变。而之后朗道就预言了宇宙中存在这种以中子为主体的星体。后来休伊士和贝尔就发现了中子星。这种中子星的密度为1—10亿吨/cm3。黑洞的密度是100亿吨/cm3。在黑洞的内部,时间和空间完全转换了,r不再是半径,r成了时间,时间的方向是朝里的,当r=0时,就是时间的终点。

  讲这么多的很难理解的知识主要是为了让大家有一个开阔的思维,在思考宇宙、时空弯曲与转换的过程中成长。其实大脑是一个巨大的容器,它甚至能装下整个宇宙,当你在脑海里想象追着光跑,想象坐飞船时间会变慢,想象无数恒星的演变,想象100亿吨/cm3是什么概念,想象地球就是那么渺小,想象宇宙的诞生到死亡,想象行星的公转与自转。你突然间就一切都释然了,你就忘记了人际关系、权力与金钱。当然世间的那么多压迫、强权就显得如此微不足道,甚至你都不会想该抗争还是妥协。当我们进入宇宙物理的世界,人世间的一切都显得那么无力,我们就只活在一刹那,不会活在过去与未来。时间不会停滞,黄金城彩票我们就生活在螺旋式的前进当中,我们也将消逝在未来的某个时刻。不知道下一秒的世界会发生什么,所有的计划都只是徒劳,所有为成绩、金钱的奔波都似乎那么傻,所有拼命的算计都那么苍白,所有的烦恼都只是浮云。