愛因斯坦的廣義相對論預言了黑洞的存在,但即使是現在,化學家們仍在為這個概念而苦苦掙扎,因為有太多棘手的問題需要解決。 但黑洞并不是唯一讓化學家感到不舒服的概念。 下面我們舉幾個類似的反例。
量子多重性
雖然現實很確定——你在這里,籃球在哪里什么是物理學概念,如果你把籃球踢下去,它最終會落在不遠處,這看起來很正常。 但在量子熱學中,所描述的情況將大不相同。
量子熱認為,一個事物在我們檢測到它之前的狀態是不確定的,它會同時處于多種狀態,直到檢測到它的狀態是唯一確定的。 就像網球一樣,當我們不檢查它時,它可以同時處于不同的位置。 只有當我們測量它時,才能確定它是在操場上的某個地方。
愛因斯坦不相信這一點。 有一次,他在散步時問身后的中學生:“你們相信只有看著月亮才真的存在嗎?” 也應該是確定性的,而量子熱解釋似乎并不正確。 而且,很多數學界的同行并不這么認為。 盡管量子熱是有史以來最成功的科學理論,但理論和實驗結果非常一致。 為了理解這些看似荒謬的量子熱結論,化學家還提出了許多不同的推論。 一個著名的推論稱為多世界表現,這表明在檢測后,之前存在的每一個量子態都將繼續存在,但它們位于平行世界中,我們只是看不到它們。 還是用網球來比喻,當我們聽到它的時候,它肯定是在操場上,但也可能在別的地方,只不過別的地方的網球是在與我們平行的另一個世界里。
宇宙常數
入選、淘汰、再入選、再淘汰……宇宙常數的歷史就這么折騰。
愛因斯坦將宇宙學常數添加到他的廣義相對論方程中,以確保宇宙在自身引力作用下既不會膨脹也不會收縮。 隨后,到了20世紀20年代,英國天文學家埃德溫·哈勃等人發現宇宙實際上正在膨脹,導致愛因斯坦放棄了宇宙常數的概念,他認為這是“他一生中最大的錯誤”。
但到了20世紀90年代,天文學家通過觀測發現,宇宙的膨脹實際上正在加速,而加速膨脹背后的力量被稱為“暗能量”。 化學家再次引入了宇宙學常數,認為暗能量是一種宇宙學常數,可以起到與引力相反的作用。
唯一的問題是,二十多年過去了,人們還沒有弄清楚宇宙常數(暗能量)的來源。 目前最好的猜測是,宇宙常數是真空能量的一種形式,是真空中無數轉瞬即逝的粒子的貢獻。 然而,化學家根據量子理論引入的真空能量密度約為每立方分米1094克。 而且,根據他們對宇宙膨脹的觀測,他們得到的結果只有每立方分米10-29克。 也就是說,宇宙學常數的理論值實際上是觀測值的10123倍。 到目前為止,化學家還沒有弄清楚如此大的差異是如何產生的。
無盡的
物理學家相信無窮大的存在,他們也認為不僅無窮大依然存在,而且無窮大有很多種。 但對于化學家來說,無窮大無疑是一種痛苦。 每當它出現在數學理論中時,它往往會毀掉這個理論。 例如,化學家試圖統一電磁力和弱核力,但他們的公式總是有無窮大的結果,這使得計算變得不可能。 化學家花了幾六年的時間才終于找到解決這個問題的正確物理方法。 如今,黑洞和大爆燃之前的宇宙都具有密度無限大的“奇點”,這仍然阻礙著引力理論和量子理論的統一。
一些化學家已經受夠了無限。 他們覺得宇宙中可能不存在真正的無限,這些被認為無限的東西可能只是近似于無限。
時間
關于時間,你可能會覺得時間在不斷地從過去流向未來,但這顯然是你的大腦形成的錯覺。 自20世紀初愛因斯坦提出相對論以來,數學中的時間概念就得到了明確的表達:時間不會流逝,客觀的過去和客觀的未來都不存在。
除了這個矛盾之外,相對論和量子熱中描述時間的方法也不同。 根據相對論,時間和空間密切相關,都是相對的概念。 例如什么是物理學概念,物體移動得越快,時間流逝得越慢。 但量子熱認為存在絕對時間。
如何解決這個矛盾呢? 大多數化學家的回答可能仍然是:“閉嘴,估計一下!” 然而,一些化學家仍在研究如何解決這個計時問題。 一種觀點是,我們只需要對過去、現在和未來給出更好的數學定義,很多問題就可以得到解決。 這種觀點正確嗎? 只有時間才能告訴我們答案。