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时空弯曲,那它跟有没有物质是不是没关系啊?
电磁场里的源的本质是电荷的分布和流动;引力场里面的源的本质也是物质在时空中的分布和流动,可以用张量来表示这个信息,而场方程中除了仅以质量来考虑对时空的影响以外,也可以包含电磁场对时空曲率的影响。
广义相对论的语言可以表示有引力源的场,而没有引力源的就是用相关的爱因斯坦张量为零来表示。
爱因斯坦场方程是有真空解的,比如Minkowski时空、Schwarzschild真空等。
令其爱因斯坦张量为零,对应的Ricci curvature也就为零,可以得到各种真空解。
真空解意味着这里没有质量,但是这个场本身却是有能量的。
需要注意的是Ricci curvature不等同于Riemannian curvature,我不是很了解Calabi-Yau manifold,不过wikipedia上Calabi的性质只提到了Ricci curvature vanishes,并没说Riemannian curvature vanishes,所以它不一定是平直的。
引力场的源是stress tensor能动张量。
当然,这里的“源”和电磁场的可能不太一样。
如果你用高斯定理定义“源”,那引力场的源是ADM质量,但这只适用于静态渐进平直引力。
还有许多通过渐进时空对称性定义的质量作为源。
而我说的能动张量是从耦合的角度说的,即对比电磁四矢与电流的耦合,引力场张量与能动张量耦合。
另外,时空的紧致化,首先以我粗浅的理解它未必弯曲,比如平直的T2。
卡拉比丘流形我还不很熟。
然后,这种拓扑效应并不一定需要源,电磁场里也有拓扑效应,磁单极什么的——当然你可以把拓扑效应本身当作源,还是那句话,看你如何定义了。
Calabi-Yau manifold (这是个“紧致流形”compactified manifold,“封闭空间”不是规范的说法)上并不讨论引力。
引力或引力子都是未紧致化的维数上的东西。
所以这个流形上的曲率应该是和引力没有关系的。
以我目前对弦论的理解。
宇宙大爆炸之前不是无吧,可能不是物质
在宇宙大爆炸之前,没有物质、没有空间,时间也没有意义,一句话,没有宇宙。
宇宙大爆炸源自量子真空的不稳定。
量子力学认为,此时只有真空,而量子力学中的真空不空,而是遍布着一种叫真空零点场的能量场,其状态为量子真空,其蕴含的能量为真空零点能。
真空零点能不是没有能量,它只是处于能量的最低状态。
当量子真空不稳定,演化为闵可夫斯基真空时,量子真空发生分裂,分裂为正负能量,负能量回归真空零点场,使真空零点场的能量更负;正能量因E值极高,通过能量的实体化(即m=E/c^2)产生出物质和引力,并由于多余的E(能量)(其中也包括正负粒子对湮灭产生的能量)而发生膨胀,在膨胀中,物质粒子通过自组织化和结构化,形成了我们现存的宇宙及其中的星系、星团、恒星和行星。
根据美国著名物理学家约翰·惠勒的估算,真空零点场的能量密度可以达到10^94克/cm^3,远大于现在已经发现的物质最高能量密度10^13克/cm^3(就是原子核的能量密度),所以,一个点的能量就足以形成我们现存的宇宙了。
这个点就是大爆炸理论中所说的奇点。
目前,真空零点能的存在,已经通过卡西米尔效应得到证实。
但量子真空如何演化为闵可夫斯基真空,还不知道。
所以,宇宙大爆炸前不是有,因为没有任何物质。
也不是无,因为有真空零点能存在。
至于是不是人说的,当然是人说的。
形而上学认为,即使是有物质存在,在我们没有观察它时,物质也不一定存在。
即使是空空如也,也许其中也有物质。
这似乎不可思议,但量子物理学恰恰证明这是合理的。
可能宇宙也是如此吧。
以上回答你满意么?
量子力学和相对论最大的矛盾:时空是不是连续的?谁才是正确的?
代科学最大的两大支柱,一个是爱因斯坦的相对论,还有一个就是量子力学。
相对论的提出,改变了人类对于宇宙和自然的认识,让我们从另一个角度认识我们的宇宙,其中提到的全新的时空观念,刷新了科学界对于宇宙的认识。
而量子力学的提出,更是让整个科学界产生了革命性的变革,加快了人类 社会 的进步,很多科学理论在量子力学之下,非常容易地就被验证。
相对论和量子力学的诞生
在1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论,将时间和空间统一在了一起,改变了当时的绝对时空观念,认为所有的时空的可以是相对的时空,根据不同的参考系,时间和空间的状态可能个不相同。
而且还确定了光速不变原理。
而只有在1915年提出的广义相对论中,以全新的方式解释了引力的来源,认为引力是因为时空弯曲造成的。
相对论的提出,还有个更加深远的意义,那就是间接地让量子力学得以诞生。
量子力学的出现对光是粒子还是波的实验中引发的,这就是著名的光的干涉实验。
当时的科学家们发现,一个光子能够同时穿过两个孔,并且呈现出两种不同的状态时,科学家们集体失声,甚至怀疑科学的正确性。
随后普朗克、波尔等科学家,提出了量子力学的概念。
量子力学的出现,为人类对微观世界的认识提供了方法,并且能够解释非常多的现象和预言一些新的、无法直接想象的现象,可以说量子力学是现代物理的一项神器。
不过,这两个改变世界的物理学理论,却有一个极大的矛盾,时空到底是不是连续的。
在广义相对论中,时间和空间是相互统一的,每个有质量的物体都会造成时空的扭曲,正是因为时空弯曲造成了引力的产生,所以相对论认为,时空是连续而光滑的。
但是在量子力学当中,所以宏观的物质都会被分解成为一个个微观的量子,包括能量和引力等都可以量子化,所以量子力学的时空观认为,时空也是一份一份的,而不是完全连续的。
也可以说成量子力学的时空观是间断、起伏、不断涨落的。
造成这个巨大的矛盾的原因,主要是相对论描述的是宏观的世界,而量子力学描述的是微观世界,在这两个不同的世界中,物质所表现出来的性质是不同的。
在宏观世界里,一切事物都有因果关系,任何事都是确定的。
不过在微观世界当中,却完全失去了我们正常的因果关系,任何事物都是不确定的状态。
那么这两种时空观到底谁才是正确的呢?
其实可以说这两种时空观都是正确的,也可以说都不正确,因为到现在为止,它们都不能完美地解释这个世界。
宇宙是一个整体,微观世界和宏观世界都是宇宙中的一部分,所以微观世界和宏观世界应该是相互统一,相互联系的关系,而不是像我们现在这样,微观世界和宏观世界完全独立,相互隔离,表现出两种不同的特性。
所以既然相对论和量子力学都能非常好地解释宇宙当中的现象,那么它们之中必然有一个东西,可以将它们联系在一起。
爱因斯坦在量子力学被提出来以后,就一直在研究量子力学,并且试图找到一个大一统理论,能够将宏观世界和微观世界统一起来,可惜用了几十年的时间,他都没有找到这样一个理论。
所以到了晚年,爱因斯坦很遗憾地说:我用了比相对论几倍的时间来研究量子力学,科学我还是没弄明白。
不过,现在有一种理论似乎能够将这他们统一起来,那就是非常科幻的超弦理论。
超弦理论认为,宇宙中不存在粒子,宇宙中的所有物质和能量都是一种根据不同频率的振动而产生的弦。
宇宙中所发生的所有相互作用,物质和能量都可以用弦的分裂和结合来解释。
超弦理论如果被证明是正确的,那么我们对宇宙的认识又会发生翻天覆地的改变,因为它将我们的宇宙分成了十一个维度,这就会让我们的宇宙变得更加复杂。
不过目前人类对宇宙的认识还非常有限,要证明这个理论,还有很长的路要走。
但是如果真的有一个理论能够将整个宇宙观统一起来,那么人类文明的发展将取得无法想象的进步,也许到了那时,我们现在认为不可能发生的事,都会成为现实,比如穿越时空。
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