细节暴露:神秘的暗物质飓风掠过地球
神秘莫测的暗物质一直是天文学家的热门话题,但他们至今也无法确定暗物质的具体构成。一项新研究指出一场暗物质飓风正掠过地球。这场快速移动的风暴将帮助科学家揭示暗物质的大量细节,同时也有助于科学家探测这种奇异物质。
可以说伽利略与牛顿确立起了物理学,在此之前并没有物理学这门学科,研究自然的学问叫自然哲学,其与物理学的基本区别在于实验。 物理学是研究自然现象的科学,归根结底就是研究物质的组成,相互作用和运动纪律的学科。 面临多彩缤纷的自然天下,人们总会发问,组成这一切的物质是什么?它们是否可无限细分? 着实早在2400多年前的古希腊时期,德谟克利特就主张“原子论”,不外他以为的原子和现在所认知的原子完全差别。他以为天下万物就是由一种基本元素组成,这种元素很小且是不能再分实体“小球”。这种实心小球的排列组合顺序组成了大千天下的千变万化,这就是他心中的原子。 直到两千多年后的18世纪,人们才用实验证实了原子的存在。不外那时候对原子的熟悉还很肤浅。 牛顿对原子的探索并没有什么建树,之后人类对原子的熟悉履历了道尔顿的实心球模子,汤姆逊的葡萄干蛋糕模子,卢瑟福的行星模子,玻尔的能级模子和电子云模子。
原子模子发展史 我们现在知道了原子是由原子核和核外电子组成,原子核又由质子和中子组成,原子核的正电属性是由质子体现出来的,中子是不带电的。而且原子的质量险些都群集在原子核上。 着实在19世纪之前,人类并不领会原子内部的组织,也更不领会电子的运动。以是那时候牛顿力学的危急并不是很突出。直到科学家观测到原子核外电子的运动时,牛顿力学彻底在微观领域失效了。根据牛顿力学的盘算,电子这种器械严格来说就不应该存在于原子核外。它应该直接和质子中和掉。 根据经典力学的注释,带正电的质子会发生电场,而电子在这种电场中蹦�Q不了多久就会被吸引到质子上,并与其抵消。 可是电子的运动完全不是这样的,电子依旧蹦�Q得很活波,经典力学的统治时代宣告注释。 经过了一个世纪的探索,我们可以自信的说,量子力学在次原子级别是准确的。我们现在知道了众多的微观粒子,以及它们的相互作用形式。自然界存在四种力,根据作用的强度依次分为:强相互作用(核力),电磁力,弱力,引力。
四大相互作用力 物理学家从电磁力流传所依赖的电磁场中获得启示,其他三种力也应该是通过“场”来通报力的。物理学家继续从电磁力流传所依赖的流传子(光子)中获得启示,其他三种力也应该通过各自的流传子完成的。也就是说,这四种力,每一种都是依赖场中的流传子举行的。
但有场未必有流传子,而有流传子一定有场的存在 静止电荷会发生电场,在电场中的其他电荷会因此受到作用,但这其中并没有光子这样的流传子。若是静止电荷运动起来,那其造成的电场也会是颠簸的,转变的电场就会发生转变的磁场,电磁场就此发生。电磁场的流传子是光子,光子是一份份运动的能量,这些能量通过质能方程E=MC²转换成光子的质量,而且具有波粒二象性。
波粒二象性 我们最早知道了光是波粒二象性的,随后的电子双缝过问实验证明了电子也具有波粒二象性。着实除了微观粒子,整个宇宙中的所有物体,不管是微观的电子照样宏观的星球都是物质波。 或许这有些难以明白,我可以从简朴的电磁波讲起。电磁波着实就是核外电子辐射出的一份基本能量,电子是带负电的电荷,电子总是在运动,那么电子就会发生转变的电场,进而导致转变的磁场,转变的磁场又发生转变的电场,
引力波的速度为什么正好等于光速?其中暗藏着怎样的秘密?
电磁波和引力波的波动方程在闵可夫斯基4维时空中的洛伦茨不变表达式是类似的。如果不是考虑波源的辐射性质,只研究两种波在自由真空中的传播性质的话,两个方程的形式完全一样:
就这样电磁场就流传开来了,电磁场可以流传能量,这能量就是光子。
光子是若何运动的? 知识弥补:光是一种电磁波,电磁波流传速度c=波长λ×频率f,真空中光速恒定。 光子不仅是一种粒子也是一种波,光子的运动频率差别导致了形形色色的电磁波发生。光子的运动频率从100hz到10的27次方不等,其名称依次可以是电扰动,无线电,雷达波,可见光,X射线,伽马射线…..
电磁波波长排序 电扰动虽然也是电磁波,但频率很低,波长就很长,甚至可以到达数千公里,从一个波峰到另一个波峰的距离太远了,以是颠簸的性子并不显著。就好像是在湖面上相隔10公里才有两个凸起的海浪,这个湖面会显得很镇静,以是电扰动更像是场。 而无线电,雷达波的频率就凌驾电扰动的好几个数量级,它们的波长就更短,波峰距离不大,更像是波。 可若是频率继续增添,好比宇宙中的伽马射线,它虽然也是电磁波,但其频率极大,导致波长极短,有的波长才10的负14次方米,比原子半径还小到多。那么这些电磁波的波峰距离就极短,两个波峰更像是十全十美的粒子了,而不像是波。
以是从电磁波的波长崎岖来划分,波长长的更像场,波长中等的更像波,波是非的更像粒子。 以是光子的频率差异会让其体现出显著的粒子态或颠簸态。但不管若何,光子同时具有颠簸性和粒子性。 德布罗意的物质波告诉我们,人类也是波粒二象性的,只不外人体颠簸的频率太大了,而波长太小了,以至于现有的仪器都无法观测到这种颠簸,以是人体更显得是个着实物体。 既然所有的物质都是波粒二象性的,那么夸克也是(现在发现原子内部最小尺度的粒子),倘若还有比夸克还小的粒子,那么它也是颠簸的。宇宙中数百个基本粒子组成了宏观天下的多样性,基本粒子之间的作用关系很庞大,我们甚至都理不清它们之间的关系。 但唯一可以确定的是所有粒子都是颠簸的,光子是颠簸的能量,这种电磁波因频率的差别时而表现出粒子性,时而表现出颠簸性。固然我们可以借助这种头脑确立一种大一统理论。 我们假设,现在所说的光子,电子压根就不是什么基本粒子,而是由一种更小的颠簸能量组成,这种颠簸就是超弦理论中的弦,弦的差别振动形式会表现出差别的基本粒子。
那么我们就可以从更小的尺度统一已知的基本粒子,我们找到弦的振动纪律,就知道基本粒子的天生机制,包罗费米子,通报四种相互作用的玻色子,天生质量的希格斯玻色子以及尚待发现的引力子。这些粒子的作用和特征太冗杂了,我们很难把它们在现有的物理框架中统一起来。而超弦理论则正是大一统理论的理想候选者!
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