神秘科學 1: 马赫/量子场论
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神秘科學

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馬赫 0
 
我們看到這樣一種衡量單位 —— 馬赫,它一般用於飛機與火箭等航空航天飛行時的速度。 0
 
在陸地上我們通常用公里來計算速度,在海中航行的船舶與潛艇,我們會用 「節」 來計算速度。一節等於一海里,也就是 1.852 千米。 0
 
那麼一馬赫速度到底有多快? 0
 
馬赫是指速度與音速的比值,1 馬赫也叫做一倍音速,也就是聲音在空氣中傳播的速度。 0
 
在一個標準大氣壓下,聲音的速度為每秒約 340 米。如果換算成車速的話,就是每小時 1224 千米。 0
 
所以能夠達到一倍音速的戰機可以說相當可怕,在地面上幾乎只能看到模糊的飛機影子。 0
 
當戰機飛行速度小於 1 馬赫時稱為亞音速,大於一馬赫到五馬赫之間則稱為超音速。 0
 
比如上世紀 60 年代的 SR-71 偵察機最高飛行速度一度達到了 3.2 馬赫,等量換算成公里單位就是每秒 1.029 千米,它一度成為世界上最快的超音速飛機。 0
 
而高於五馬赫就叫超高音速。 0
 
據說俄羅斯米格 - 41 戰機的飛行速度能達到驚人的 5 馬赫,也成為目前唯一的超高音速戰機。 0
 
並且隨着飛行器達到音速時,就會壓縮周圍的空氣,從而使空氣中的水汽凝結成雲,在特定的天氣條件下就會產生漂亮的音爆雲。 0
 
 
量子場論 0
 
首先,在宏觀尺度下,我們可以輕鬆確定某個物體的準確位置,但在微觀世界中,每個粒子都會以一定的概率彌散在整個空間中,並以概率波的形式存在,即在測量與不測量的行為下使其具備波和粒子兩種不同的形態,這就是量子力學。 0
 
雖然這能使我們描述單個粒子隨時間演變的過程,但卻無法描述粒子是如何出現和消失的,就比如光如何被原子中的電子所吸收,並且無法區分如同電子一樣擁有相同屬性和行為的同類粒子。 0
 
同時也出現了一個詭異的現象,那便是為什麼來自宇宙深處的電子會與蘋果中的電子具有完全相同的質量和電荷? 0
 
為了解決這一問題,眾多物理學家通過將量子力學和狹義相對論結合的方式,從而構建出一個可以描述微觀世界的理論框架 —— 量子場論。 0
 
在相對論中,我們所處的宇宙是一個由三維空間和一維時間所組成的四維時空。 0
 
當我們將其簡化成兩個空間維度和一個時間維度時,就會知道任何有質量的物體在萬有引力定律下,其附近的引力場都會對其他有質量的物體產生引力作用。 0
 
因此,我們的宇宙其實就是一個充滿着時空流體的經典場,其中的每個點都充斥着一個數值的對象。 0
 
而根據狹義相對論,任何物理定律在不同的慣性參考系下都會被限制在不變的對稱性質中,所以在經典場內部的每個點中的對稱性也要在隨着時間的演化中保持一個守恆量。 0
 
當我們將量子力學中的疊加態引入到經典場中,在時間的推移下將所有不同演化方式的場景進行組合,從而就能夠將經典場變為具有疊加態的量子場。 0
 
其中,這裡的粒子在受到虛粒子的作用下,就如同水面上的波一樣,不僅使量子場產生一種傳播擾動現象,同時也會受到整個量子場的影響。 0
 
而在我們的宇宙中,其實存在着由不同粒子所組成的量子場,而構成這些場集合到一起就是我們所說的粒子物理的標準模型。 0
 
 
但問題是相對論時空中的對稱會迫使所有粒子按直線獨立運動,為了能夠使這些量子場之間發生相互作用,就需要引入可以傳遞電磁相互作用的虛光子,並通過粒子發射和吸收就能使不同的量子場在同一時刻實現多種可能性的演化。 0
 
為了更好地解釋這一現象,假設當我們拿起一把吉他,其中的琴弦可以不同的頻率振動,而每種頻率都會對應一個純音。 0
 
當我們撥動琴弦時,它的震動就是所有頻率以不同振幅的疊加,而純音則是以不同振幅形成的和聲,從而構成琴弦發出的聲音。 0
 
同樣,一個量子場也可以按所有可能的場景演化並具有不同的振幅,而將這些所有場景進行合成就能描述物理系統下的真實演化過程。 0
 
可以說,量子場論的出現不僅完美地展現了粒子的誕生與湮滅,還能使我們在微觀層面下能夠更準確地分析宇宙的起源、演化的過程以及未來的可能性,從而使我們能夠更進一步地揭開宇宙的真正本質。 0
 
 
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