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量子力學再現新理論:物體大小與體積無關,而與量子密度有關

篇前言:

本篇文章詳細探討分析了物質被量化後可能會出現的一些匪夷現象,而結合弦理論,萬物由最小的基本單元——弦量子——所組成,進而一步一步剖解分析為什麼說物質大小與體積無關,而與量子結構空間的相對密度有關。並闡述了愛因斯坦的時空彎曲效應,特斯拉所發現的時間與空間之間的轉換方程,進而延伸出物質的相變效應。同時,也探討分析了物質質量的變化與物質相變和量子密度之間的關係。延伸思考中解答了量子物質有違常規理論的幾個匪夷問題。如果你對量子物理研究有著極度的熱愛,是個喜歡動腦思考、敢於打破常規理論另闢新徑的真理求知者,請一定認真閱讀本文章,相信讀完後必有收穫。

正文:

愛因斯坦發現了時空的彎曲效應,從而發現了萬物之間聯絡的本質——引力,尼古拉·特斯拉發現了時間和空間之間的轉換關係,從而發現了時間與空間之間轉換的方程——時空轉換方程(未正式問世)。愛因斯坦的相對論體現的是物質與空間和時間以及物質與物質之間的相互關係,而尼古拉·特斯拉的時空轉換方程體現的是時間和空間之間的關係。如此一來,物質,空間,時間,三者彼此之間便都有著緊密的關聯。

而根據愛因斯坦的相對論,時空能被彎曲,也就等於愛因斯坦實則是發現了時空的相變效應(時間快慢可以被相對改變——時間膨脹效應,空間能被有質量的物體彎曲——空間彎曲效應)。時間和空間都能發生相變效應,這不禁會讓愛好科學的人士思考到:物質會/能發生相變效應嗎?也許,會有人說愛因斯坦相對論裡物體在運動中表現出來的“尺縮效應”不就是相變效應嗎?其實並不全是,因為這種尺縮效應體現的只是長度上的尺縮,而不是整體上的尺縮,因此確切說並不能算真正的物質相變效應。探索科學,探索宇宙,水木長龍與您繼續我們的探索之旅。

物質相變效應

真正的物質相變不止體現在長度的變化上,而應體現在整體尺寸的改變上,即物質相變效應指的應是“體縮效應”。而真正的物質體縮效應,並非體現在體積大小的變化上,而是物質的量子結構相對量子空間的密度的改變上。

接下來我們正式進入為什麼說物體大小與體積無關,而與量子密度有關的探索。

重定物質最小單元——弦量子

起初,物理學家認為,萬物皆

基本粒子而組成,並認為基本粒子是物質的最小、不可再分的組成單元。但是,隨著時間的向前推移以及物理科學的不斷深入研究,科學家發現,並非所有的基本粒子都不可再分。所謂的不可分,只是相對於科學家所在時間段的研究成果而言的。比如,曾經原子被認為是不可再分的最小粒子,但現在我們知道原子由電子,質子,中子組成,而質子和中子由夸克組成。

為了避免這種盲目化可能為以後的研究帶來的層疊錯誤,量子物理學家想到了一個解決的方法,即將一切物質的最小組成單元定義為量子,結合最新弦理論的研究成果,於是宇宙萬物的最小組成單元便可以被定義為“弦量子”。也就是說,所有的物質都是由真正不可再分的弦量子而組成,哪怕是最基本的粒子。

當物質被量子化後,也就等於將宏觀與微觀從理論上銜接了起來。這時候,所謂的大小,也就變成了像愛因斯坦的相對論一樣,必須是相對而言。

電影裡的縮放技術

相信不少人都看過科幻「蟻人2」,裡面的“縮放”高科技相信一定會給不少人留下深刻印象:只要按一下遙控按鈕,高聳的實驗樓房便能瞬間被縮小而變成可以拉提的箱子大小;只要按一下遙控按鈕,一輛汽車便能立馬變成玩具車大小,被漢克輕鬆地拿起來放到手提箱裡;只要按一下遙控按鈕,盔甲和人便可以立即被縮小到螞蟻大小;只要按一下遙控按鈕,斯科特立馬就能變成巨人,把大卡車當滑板車玩。

縮放技術在現實中能實現嗎?

那麼,這種影視科幻裡的縮放技術,有一天能否在現實中實現呢?

也許,會有大部分研究者持否定態度,因為他們會認為,物體縮小後就會失去原先的功能,失去功能的縮小物,已經不再是從前的物質了。

比如,將一輛汽車縮小,雖然體積被縮小了,但理論上質量並未發生變化,這樣就會導致其原先的功能結構發生一定程度上的改變:燃料不能結合氧氣燃燒,原先的液態物質可能被固化,固態物質會被緻密化等,尤其汽車被縮小後質量並未改變,想要將其輕鬆拿起來更是不可能。對於縮小人,更是天方夜譚。因為人如果被縮小到螞蟻大小,很可能連呼吸氧氣都會成為難題,因為身體的很多功能器官都被緻密化了,連血液都可能變成了不能再流動的固態。

所以,不少研究者認為縮小技術在現實中很難做到像科幻中所演的那樣,目前人類科技只能將簡單形狀物體的體積縮小1000倍,即長、寬、高的尺寸分別縮小10倍。

以上就是所謂的習以為常的解釋,用宏觀世界的磚瓦石塊,想要去堆砌微觀世界裡的高樓大廈,看似依理行事,實則南轅北轍,因為所遵循的原理並不正確。

摒棄習以為常的固化思維,再探“縮放技術”

真正的縮放技術,大小與體積無關,質量會隨縮放上的相變而發生相應的改變。也就是說,科幻上的縮放技術並非不可行。

當物質被量化後,即將物質量化為由最小的量子弦所(量子弦的振動模式和運動模式會形成各種基本粒子)組成,物質的大小由量子結構相對量子空間的密度所決定,質量大小取決於量子間的真空能量多少(即量子空間大小)。所以,如果能進入微觀世界參觀的話,可能會意識到,一片葉子大小的物質也許與一輛汽車大小的物質沒什麼區別,即兩個看起來大小懸殊的汽車,很可能它們本來就是完全一樣的大小。

物質大小與體積無關,取決於相對空間的量子密度

為什麼說物質的大小與體積無關,取決於相對空間的量子密度呢?這跟量子微觀世界裡普遍存在的一種奇特現象有關,即微觀裡的一切量子都不能同時確定其速度和位置,當測得量子的位置時,你無法測出它會在何時再次出現,當測出一個量子的速度時,你無法測得下一刻它會歇腳於何處。正因為量子世界裡的“民眾”都被海森堡的不確定性理論給約束著,才導致量子弦構成的物質大小與體積無關,而只能被衡量於其相對密度的大小。

比如,由量子弦構成的一片樹葉大小的物質,與由量子弦構成的一輛汽車大小的物質,如果構成它們的量子密度等同,確切說,構成它們的量子結構在相對量子空間上的相對密度等同的話,那麼它們的大小就是相等的。

或許對不少讀者而言很難理解,尤其對於對量子力學比較陌生的讀者或許更是難以理解。沒關係,我們再做進一步的詳細剖解,儘量理清所有疑團。

我們先解析汽車縮小後為什麼其大小並沒有發生實質的改變。

「蟻人2」裡珍妮特按一下遙控按鈕,便能將一輛汽車縮小到玩具車大小。假設,在未縮小前,汽車的量子結構在宏觀的相對空間(等於汽車所佔宏觀空間的真空大小)裡的相對密度為陣列(δ1,δ2,δ3,δ4……δn),如果將汽車相對縮小n倍,那麼汽車的量子結構的相對空間也會一起縮小n倍,量子結構間的距離同樣會隨之縮小n倍。正因為相對空間與量子結構間距同時縮小n倍,所以經計算(計算過程稍嫌繁瑣,此處省略),會得出汽車在相對量子空間的相對量子密度與未縮小前所在宏觀空間的相對密度等同。

難道量子密度等同,就意味著大小一樣嗎?

答案:正是。因為如果將整個宇宙空間量子化的話,也就不存在宏觀與微觀的區別,所謂大小,只是相對所在空間而言,而空間大小,並不固定,隨著所在物體的量子間距(影響物質質量的本因,後面會講解到)而發生變化。故此,在量子結構所在量子空間的相對密度相等的情況下,並不存在真正的大小區別。如果仍然覺得不太好理解,可以思考一下宏觀上的透視原理。

在我們習以為常的認知裡,越遠的物體之所以看去越小,是因為光的透視原理造成的錯覺效應。而實際上,這種對習以為常現象的習以為常的解釋很可能並不正確,哪怕是結合眼睛的物理結構和大腦的自動矯正功能,也只不過是人們對習以為常的現象和經驗所推測出的一種可能物理解釋而已,並不一定就是事物的本相或真理。

根據我們以上的推理分析,越遠的物體之所以看去越小,正是微觀世界的量子化物質在宏觀世界的展現。如果我們能理解遠處的物體看去小實際上並不小的本質原理,也就不難理解縮小後的汽車與未縮小的汽車大小其實是一樣的。它們唯一改變的是“相”,即我們前面所說的“物質相變”。而物質的相變會引起質量的改變。

量子密度不變的物質相變,質量將發生改變

我們知道,構成我們身體的原子內部實際上存在很多真空,用百分比表示的話,將是99。99999……,省略n個9。假如原子的真空全部被壓縮成實體的話,那麼我們就會從宏觀世界裡突然消失,因為被壓縮後的身體會比螞蟻的億萬分之一還要小(當然,這只是以我們習以為常的物理常識來說的,根據我們剛剛探討過的理論,大小並未發生任何變化)。

如果物體被從量子化的角度思考的話,將其縮小也就意味著將物體的量子結構進行空間上的壓縮。而這種壓縮,實際上縮小的是量子之間的真空空間。而真空並不空,實際上蘊藏著意想不到的能量。正因為真空不空,愛因斯坦才能發現質能轉化方程,才會有原子彈的問世,才會有真空漲落從而生成量子弦,進而構成宇宙萬物。

所以,當對一個物體進行縮小時,是透過擠出真空能量來實現的,顯然,物體的質量並不是不變,而是會隨著物體被縮小的程度做相應的變化。

相變效應是物質原本即具有的屬性

如果說愛因斯坦發現的時空彎曲效應是時空本來就存在的一種屬性,特斯拉發現的時空轉換方程是時間和空間之間本來就存在的一種關係的話,那麼,作為物質、時間、空間三者之間的完美結合,物質的相變效應更應該是物質本身即具有的一種屬性,並且無需外力的作用,只與空間和時間相關聯。

顯然,量子真空漲落便是物質相變的起因(延伸思考中我們會探討它的修補與最佳化功能),正如物體質量是引起時空彎曲的起因,時間和空間之間的轉化藉助的是物質能量的橋樑一樣。也就是說,物質相變本身原本就是很容易實現的一種狀態變化,也正因此,才會有宇宙萬物的演化發展。

延伸思考:

(1)量子密度等同但形狀不同的兩物體,是否大小相等?

答:根據前面我們的探討分析,量子密度等同但形狀不同的兩物體的大小是相等的。

原因:假如一片葉子的量子結構的密度,與一輛汽車的量子結構的密度是一樣的,也就意味著它們的量子結構在量子空間矩陣上的分佈是一樣的;而形狀的不同,可透過量子漲落進行修補。這也解釋了為什麼量子世界總是存在那麼多的不確定性(海森堡的不確定性原理只是其中一小部分),同時也可以推測出量子真空漲落的原因——為了無時無刻的修補工作,也為了無時無刻的空間最佳化。

舉例說明:即使孫悟空變成了蒼蠅,但其本身的量子結構密度並未因此而改變,也就是說,變成蒼蠅與否的大小並未發生本質的改變(但質量卻發生了相應的改變),但與真蒼蠅的量子結構密度並不一定等同,即與真蒼蠅的大小並不相同(或許也正因此,才能被本領更高階的大師一眼識破真偽)。

(2)如果將一個物體截去一塊,剩下部分與原來物體是否還相等?

答:大小依然相等。

原因:同(1)中的解釋,量子漲落具有修復功能,只要不是全部消失,無論截去多少,都可在量子漲落的過程中恢復成原狀,所以物體大小與殘缺與否無關。

舉例說明:哈利波特的隱身斗篷沒有將一隻腳遮住,於是斗篷外的人只能看到一隻腳,但並不能因此就說這隻腳不再是哈利波特的。

(3)黑洞質量很大,按照本文理論,豈不是恆星晚期坍縮為黑洞後質量幾乎為0了嗎?

答:並非如此。

原因:坍縮而成的黑洞,其量子結構密度與未發生坍縮前的恆星的量子結構密度並不等同,也就是說,恆星在坍縮成黑洞的過程中其量子結構密度一直在發生改變。前文我們已經探討過,量子結構密度不變的物質發生相變,質量會相應地隨之改變(變大時質量會增加,反之,質量會減少)。但是,如果物質的量子結構密度在相變過程中一直髮生著改變,即使是物質發生了縮小相變,其質量並不一定成比例地相應減少(可能減少,也可能保持不變,還可能會增加,與物質的量子結構在量子空間上的分佈有關),而恆星演變成黑洞的過程,除了損失的部分能量外,剩下的質量顯然都分佈在了量子結構的空間矩陣上。所以黑洞的引力在其視界範圍內非常強大。

舉例說明:中子星是恆星在演化過程中因為遭受極度壓縮而使電子併入質子從而形成中子而得名,其物質密度僅次於黑洞。但是,物質密度並不等於量子結構密度,前者越大,質量越大,後者正好相反。中子星雖然被極度壓縮,但與黑洞一樣,量子結構密度並非前後保持不變,而是變小了,即構成中子的量子結構在壓縮中因為保持不變(否則不再是中子)而導致量子密度相對變小了,量子密度變小,質量反而會增大。

(4)“物質相變”理論或可解釋地球上那些無法解釋的古老建築之謎

地球上遺留有諸多古老大型建築,很多都無法用我們已知的科學常識給出合理的解釋。比如,古埃及的胡夫金字塔,共由230萬塊石塊構建,平均每塊石塊重達2。5噸,最重的石塊超過15噸,在幾千年前的古埃及,究竟是如何將如此沉重的大石塊吊起來的至今仍然是個未解之謎。

如果用物質的相變原理來解釋,尤其如果相變效應本身即是物質的一種屬性的話,那麼不排除古埃及人或許已經掌握了物質的相變原理並能輕鬆運用之,因此用巨石構建金字塔也就不是什麼不可能的事了。

本篇文章「水木長龍」原創,原創不易,請尊重原創的不易,謝謝。今天的分享就到這裡,感謝對水木的支援。