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另类角度看相对论:住在顶层的人老得快
添加时间:2007-11-22  作者:杨孝文  来源:新浪网  点击:2316  
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  你每天都吸入梦露的气息

  ——量子论和相对论原来也可以这样解释

  据英国《每日电讯报》报道,如果你依旧对量子论和相对论困惑不解,那么建议看一看马库斯·查恩的新作《量子论不能伤害你》(Quantum Theory Cannot Hurt You),这本书以浅显易懂的方式将最为深奥的理论说得明明白白,试图让一切难以理解的理论变得简单起来。

  每天吸入梦露的气息?

  你知道吗?你身处房屋顶层要比你身处最底层衰老得快,你每一次呼吸都会吸入玛丽莲·梦露呼出的原子?事实上,科学远比科幻小说更奇妙,我们发现自己所处的这个宇宙比我们发明的一切事物都令人不可思议。作为21世纪现代物理学的两大支柱理论,量子论和相对论最能体现这一点。相对论揭示了黑洞的奇异世界,告诉我们宇宙竟然有起源!

  量子论给我们提供了关于自然界的新的表述方法和思考方法,带来了激光、电脑、苹果iPod nano播放器等一系列发明创造,还解释了太阳发光过程及地面是固体的原因。至于你不断吸入来自玛丽莲·梦露的原子,说它与量子论存在直接联系有些言过其实。尽管如此,这一过程同原子——如同将我们拼装起来的垒高玩具——属性存在联系,量子论从本质上讲是描述了这个微观世界。

  重要的是,要意识到原子很小,如果想要将这句话末尾的句号填满,则需要100亿个原子首尾相连。这意味着,你每呼吸一次,数以万亿计的小颗粒会喷射到空中。一阵风袭来,会将它们均匀地扩展至地球大气中。一旦发生这种状况,大气的每次“呼吸”都会包含你呼出的一两个原子。所以,一个人每次呼吸时,他们也将吸入或是你,或是玛丽莲·梦露,或是亚历山大大帝,或是地球上最后一条暴龙呼出的原子。以上事例不仅说明了原子有多么渺小,还表明它们还具有令人感兴趣的空洞。

  掌握运动减肥的奥妙

  汤姆·斯托帕德这样描述了绕原子中心的核子运转的电子:“攥紧拳头,如果你的拳头如原子核一般大,那么原子就同圣保罗的一样大,如果碰巧是个氢原子,那么它就只有一个电子大,像飞蛾一样在空荡荡的教堂飞来飞去。”很难想象,还能有比这更贴切的描写来形容我们有多渺小、多可怕。原子为何如此空洞?或者换句话说,原子与它们小小的核心相比为何如此庞大?

  归根结底,这全是因为对量子世界特征的定义——其“居民”拥有奇异、可分裂成对立面的本质。它们的一举一动既能像本地化、子弹似的“颗粒”,也能像碧波荡漾的“波涛”,更像池塘中的涟漪。想象这一幕,一定会让你头疼不已。物理学家不得不接受这种理论,即电子及相似物质与日常世界的一切事物均存在显著差别。需要指出的一点是,波占据了大部分空间。这就是电子(还化身为波)不能包含于小容积物体中的原因所在,也是原子比你想象的更大的原因所在——真空99.9999999999999%的区域都由其构成。

  大自然基本构造单元的这种双重性格还产生了其他后果。它导致了一种类似于《爱丽丝梦游仙境》所描述的奇妙状况:一个原子同时出现在两个地方,原子能即时相互交流,甚至在宇宙的相反方向。量子论确实是一种令人费解的理论,而现代物理学另一重大理论——相对论——同样具有其特异之处。

  例如,它掌握着运动减肥起作用的真正奥妙。原因何在?因为你活动的速度越快,身体就会变得越苗条。这是“狭义”相对论得出的真理。狭义相对论是爱因斯坦于1905年提出的。这种变化也许并不明显,因为只有在速度接近于光速(速度比客机快一百万倍)的情况下,这种变化才能体现出来。尽管如此,如果有人以接近光速的速度从你身边经过,按照狭义相对论的解释,他会在前进到一定距离后被压扁。

  住在顶层的人老得快

  这并非狭义相对论施加的唯一影响。从你身边飞过的那个人还让他的时间运转变得慢起来。爱因斯坦后来又扩充了这一理论,他综合狭义相对论和牛顿的万有引力定律,于1915年提出了广义相对论,将引力改述成因时空中的物质与能量而弯曲的时空,以取代传统对于引力是一种力的看法。幸运的是,这种理论最后还转变成引力理论。该理论表明,时间前进脚步放缓不会发生在移动速度快如闪电的物体上,而是针对置身于强大引力的物体而言。

  这一理论得出的结论是,你身处房屋顶层要比你身处最底层衰老得快,因为你一旦身处最底层,距离地球中心相对较近,因此承受的引力要比站在高处承受的引力更强。当然,在日常生活当中,这是微不足道的影响,你可能感受不到。然而,一旦身处引力十分强大的区域附近,如黑洞,这种影响就变得很明显。如果你处于黑洞边缘附近,时间对你来说忽然变得如此缓慢,以致于你能看到宇宙的整个未来,尽管只是一闪而过的瞬间。

  夜空如白炽灯般明亮

  同这种影响一样奇异的,无疑是对爱因斯坦广义相对论中最令人惊讶的推测,即宇宙也有起源。按照科学家当前的预测,宇宙诞生于137亿年前的“创世大爆炸”,当时,星系被不断冷却的残骸物质冻成一团。这种理论的证据可能就在眼前,只要打开电视机,将其调到两个频道之间,电视屏幕上1%的静电噪音就是那个发生爆炸的大火球的残余热量。

  大爆炸产生的热量被宇宙团团包围,散发不出去。所以,热量无处可走,最终只能在我们周围游荡。当然,随着宇宙不断膨胀,热量很大程度被冷却,如此一来,它不再以可见光的形式出现,而是以微波形式出现,我们的电视就能接收微波信号。微波是光的一种形式,由称为“光子”的颗粒构成。宇宙中99%的光子并不是源于星星发的光,而是被束缚于大爆炸产生的热量。

  如果我们肉眼能看到微波,那么整个夜空就像白炽灯内部一样明亮。更令人惊讶的是,这种热量直到1965年才在偶然一个机会被发现,而发现它的两位天文学家还因此获得了诺贝尔奖,他们最初以为他们的科学仪器接收到的是鸽子粪的微波热量。在人类科学史上,恐怕极少有哪项被误读为如此世俗东西的发现具有如此深远的意义。如此看来,科学确实比科幻小说还奇特。

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