愛因斯坦的廣義相對論預(yù)言了黑洞的存在,但即使是現(xiàn)在,化學(xué)家們?nèi)栽跒檫@個(gè)概念而苦苦掙扎,因?yàn)橛刑嗉值膯栴}需要解決。 但黑洞并不是唯一讓化學(xué)家感到不舒服的概念。 下面我們舉幾個(gè)類似的反例。
量子多重性
雖然現(xiàn)實(shí)很確定——你在這里,籃球在哪里什么是物理學(xué)概念,如果你把籃球踢下去,它最終會(huì)落在不遠(yuǎn)處,這看起來很正常。 但在量子熱學(xué)中,所描述的情況將大不相同。
量子熱認(rèn)為,一個(gè)事物在我們檢測到它之前的狀態(tài)是不確定的,它會(huì)同時(shí)處于多種狀態(tài),直到檢測到它的狀態(tài)是唯一確定的。 就像網(wǎng)球一樣,當(dāng)我們不檢查它時(shí),它可以同時(shí)處于不同的位置。 只有當(dāng)我們測量它時(shí),才能確定它是在操場上的某個(gè)地方。
愛因斯坦不相信這一點(diǎn)。 有一次,他在散步時(shí)問身后的中學(xué)生:“你們相信只有看著月亮才真的存在嗎?” 也應(yīng)該是確定性的,而量子熱解釋似乎并不正確。 而且,很多數(shù)學(xué)界的同行并不這么認(rèn)為。 盡管量子熱是有史以來最成功的科學(xué)理論,但理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。 為了理解這些看似荒謬的量子熱結(jié)論,化學(xué)家還提出了許多不同的推論。 一個(gè)著名的推論稱為多世界表現(xiàn),這表明在檢測后,之前存在的每一個(gè)量子態(tài)都將繼續(xù)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(wǎng)球來比喻,當(dāng)我們聽到它的時(shí)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(wǎng)球是在與我們平行的另一個(gè)世界里。
宇宙常數(shù)
入選、淘汰、再入選、再淘汰……宇宙常數(shù)的歷史就這么折騰。
愛因斯坦將宇宙學(xué)常數(shù)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(huì)膨脹也不會(huì)收縮。 隨后,到了20世紀(jì)20年代,英國天文學(xué)家埃德溫·哈勃等人發(fā)現(xiàn)宇宙實(shí)際上正在膨脹,導(dǎo)致愛因斯坦放棄了宇宙常數(shù)的概念,他認(rèn)為這是“他一生中最大的錯(cuò)誤”。
但到了20世紀(jì)90年代,天文學(xué)家通過觀測發(fā)現(xiàn),宇宙的膨脹實(shí)際上正在加速,而加速膨脹背后的力量被稱為“暗能量”。 化學(xué)家再次引入了宇宙學(xué)常數(shù),認(rèn)為暗能量是一種宇宙學(xué)常數(shù),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(shù)(暗能量)的來源。 目前最好的猜測是,宇宙常數(shù)是真空能量的一種形式,是真空中無數(shù)轉(zhuǎn)瞬即逝的粒子的貢獻(xiàn)。 然而,化學(xué)家根據(jù)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(jù)他們對宇宙膨脹的觀測,他們得到的結(jié)果只有每立方分米10-29克。 也就是說,宇宙學(xué)常數(shù)的理論值實(shí)際上是觀測值的10123倍。 到目前為止,化學(xué)家還沒有弄清楚如此大的差異是如何產(chǎn)生的。
無盡的
物理學(xué)家相信無窮大的存在,他們也認(rèn)為不僅無窮大依然存在,而且無窮大有很多種。 但對于化學(xué)家來說,無窮大無疑是一種痛苦。 每當(dāng)它出現(xiàn)在數(shù)學(xué)理論中時(shí),它往往會(huì)毀掉這個(gè)理論。 例如,化學(xué)家試圖統(tǒng)一電磁力和弱核力,但他們的公式總是有無窮大的結(jié)果,這使得計(jì)算變得不可能。 化學(xué)家花了幾六年的時(shí)間才終于找到解決這個(gè)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(diǎn)”,這仍然阻礙著引力理論和量子理論的統(tǒng)一。
一些化學(xué)家已經(jīng)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(rèn)為無限的東西可能只是近似于無限。
時(shí)間
關(guān)于時(shí)間,你可能會(huì)覺得時(shí)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(cuò)覺。 自20世紀(jì)初愛因斯坦提出相對論以來,數(shù)學(xué)中的時(shí)間概念就得到了明確的表達(dá):時(shí)間不會(huì)流逝,客觀的過去和客觀的未來都不存在。
除了這個(gè)矛盾之外,相對論和量子熱中描述時(shí)間的方法也不同。 根據(jù)相對論,時(shí)間和空間密切相關(guān),都是相對的概念。 例如什么是物理學(xué)概念,物體移動(dòng)得越快,時(shí)間流逝得越慢。 但量子熱認(rèn)為存在絕對時(shí)間。
如何解決這個(gè)矛盾呢? 大多數(shù)化學(xué)家的回答可能仍然是:“閉嘴,估計(jì)一下!” 然而,一些化學(xué)家仍在研究如何解決這個(gè)計(jì)時(shí)問題。 一種觀點(diǎn)是,我們只需要對過去、現(xiàn)在和未來給出更好的數(shù)學(xué)定義,很多問題就可以得到解決。 這種觀點(diǎn)正確嗎? 只有時(shí)間才能告訴我們答案。