神秘科学 1: 马赫/量子场论
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神秘科学

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马赫 0
 
我们看到这样一种衡量单位 —— 马赫,它一般用于飞机与火箭等航空航天飞行时的速度。 0
 
在陆地上我们通常用公里来计算速度,在海中航行的船舶与潜艇,我们会用 “节” 来计算速度。一节等于一海里,也就是 1.852 千米。 0
 
那么一马赫速度到底有多快? 0
 
马赫是指速度与音速的比值,1 马赫也叫做一倍音速,也就是声音在空气中传播的速度。 0
 
在一个标准大气压下,声音的速度为每秒约 340 米。如果换算成车速的话,就是每小时 1224 千米。 0
 
所以能够达到一倍音速的战机可以说相当可怕,在地面上几乎只能看到模糊的飞机影子。 0
 
当战机飞行速度小于 1 马赫时称为亚音速,大于一马赫到五马赫之间则称为超音速。 0
 
比如上世纪 60 年代的 SR-71 侦察机最高飞行速度一度达到了 3.2 马赫,等量换算成公里单位就是每秒 1.029 千米,它一度成为世界上最快的超音速飞机。 0
 
而高于五马赫就叫超高音速。 0
 
据说俄罗斯米格 - 41 战机的飞行速度能达到惊人的 5 马赫,也成为目前唯一的超高音速战机。 0
 
并且随着飞行器达到音速时,就会压缩周围的空气,从而使空气中的水汽凝结成云,在特定的天气条件下就会产生漂亮的音爆云。 0
 
 
量子场论 0
 
首先,在宏观尺度下,我们可以轻松确定某个物体的准确位置,但在微观世界中,每个粒子都会以一定的概率弥散在整个空间中,并以概率波的形式存在,即在测量与不测量的行为下使其具备波和粒子两种不同的形态,这就是量子力学。 0
 
虽然这能使我们描述单个粒子随时间演变的过程,但却无法描述粒子是如何出现和消失的,就比如光如何被原子中的电子所吸收,并且无法区分如同电子一样拥有相同属性和行为的同类粒子。 0
 
同时也出现了一个诡异的现象,那便是为什么来自宇宙深处的电子会与苹果中的电子具有完全相同的质量和电荷? 0
 
为了解决这一问题,众多物理学家通过将量子力学和狭义相对论结合的方式,从而构建出一个可以描述微观世界的理论框架 —— 量子场论。 0
 
在相对论中,我们所处的宇宙是一个由三维空间和一维时间所组成的四维时空。 0
 
当我们将其简化成两个空间维度和一个时间维度时,就会知道任何有质量的物体在万有引力定律下,其附近的引力场都会对其他有质量的物体产生引力作用。 0
 
因此,我们的宇宙其实就是一个充满着时空流体的经典场,其中的每个点都充斥着一个数值的对象。 0
 
而根据狭义相对论,任何物理定律在不同的惯性参考系下都会被限制在不变的对称性质中,所以在经典场内部的每个点中的对称性也要在随着时间的演化中保持一个守恒量。 0
 
当我们将量子力学中的叠加态引入到经典场中,在时间的推移下将所有不同演化方式的场景进行组合,从而就能够将经典场变为具有叠加态的量子场。 0
 
其中,这里的粒子在受到虚粒子的作用下,就如同水面上的波一样,不仅使量子场产生一种传播扰动现象,同时也会受到整个量子场的影响。 0
 
而在我们的宇宙中,其实存在着由不同粒子所组成的量子场,而构成这些场集合到一起就是我们所说的粒子物理的标准模型。 0
 
 
但问题是相对论时空中的对称会迫使所有粒子按直线独立运动,为了能够使这些量子场之间发生相互作用,就需要引入可以传递电磁相互作用的虚光子,并通过粒子发射和吸收就能使不同的量子场在同一时刻实现多种可能性的演化。 0
 
为了更好地解释这一现象,假设当我们拿起一把吉他,其中的琴弦可以不同的频率振动,而每种频率都会对应一个纯音。 0
 
当我们拨动琴弦时,它的震动就是所有频率以不同振幅的叠加,而纯音则是以不同振幅形成的和声,从而构成琴弦发出的声音。 0
 
同样,一个量子场也可以按所有可能的场景演化并具有不同的振幅,而将这些所有场景进行合成就能描述物理系统下的真实演化过程。 0
 
可以说,量子场论的出现不仅完美地展现了粒子的诞生与湮灭,还能使我们在微观层面下能够更准确地分析宇宙的起源、演化的过程以及未来的可能性,从而使我们能够更进一步地揭开宇宙的真正本质。 0
 
 
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