导语
科学史上有很多学术大师提出的看似荒谬难以让人相信的科学理论,就像当年伽利略发现地球是圆的而被打压反对,如今一样有一些被证实的理论看上去令人难以接受。
然而一个社会的科学发展不能被固步自封的思维框架所限制,因此我们必须要接受那些人类自己的智慧提出的并被证实的会令人难以相信的理论,否则人类的认知就不可能得以突破,于是只剩旧日无知。
人类在科学研究的道路上不断前行,挑战着逐渐往上提高的认知高度,面对新认知也同样面对新挑战,对于那些被证实的看上去难以接受的科学理论又有哪些可以让人静下心来思考自己思维的可能性?
一、薛定谔的猫实验。
关于量子力学的讨论是一个旷日持久的话题,量子力学是指能量和物理量以量子的形式进行传递和交换的力学体系。
这一概念最早由德国物理学家普朗克提出,并且此后爆发的“普朗克量子假设”也令经典力学的研究理论延续到了“量子力学”上。
在二十世纪初的时候量子力学的研究还非常的粗糙,因此薛定谔将量子力学带到了另一个高度,并且出现了薛定谔的波动方程。
在1935年,薛定谔为了解释量子力学中微观世界的“测不准原理”,提出了薛定谔的猫实验,并用这一实验来挑战外部的经典因果规律。
薛定谔的猫实验是这样进行的:我们将一只动态猫放进一个密闭的箱子里,再在箱子中放入一种放射的物质,这种物质有一半几率在十分钟内不发生任何放射行为,另一半几率就在十分钟内发生一次放射。
在这一实验中,我们使用了这种物质与猫之间的互相作用来证明一个不断发生放射的系统中的微观世界状态一定是不确定的。
按照薛定谔的说法,人们在箱子内无法观测到放射的状态,那么放射的子面世界就是同时发生的,这时的猫既是生的,又是死的。
可以说薛定谔的猫实验最终的结论是如果人们不打开箱子,那么猫其实既是“死”的,又是“活”的,然而这种论述其实是利用量子的叠加原理和量子纠缠而提出的两种同时发生的可能结果。
这样在我们打开箱子的时候就可以得到一个猫有“50%”的概率活着和“50%”的概率猫死了两个结果的结合说法,这一说法看上去非常的不符合常理,同时也挑战了存在的概念。
在1971年,有人在电子显微镜下观察了一次半透明镜中典型的双缝干涉条纹实验,并且还对光子的缺陷不断的进行纠缠从而最终决定了薛定谔的叠加原理正确这一理论。
薛定谔的猫实验中让猫“活着”的一点是如果原子核发生了裂变,那么毒气就会被释放出来让猫死掉,而反之猫就能活着。
然而这种挑战外部经典的因果关系同时间和空间等定律的论点表明有无法被观察的外部事件不仅是一个状态问题,同时还会触发一种可能性,毒气会造成猫的死亡,让这只猫变成了一个生和死都存在的“叠加体”,这种叠加现象就像是电子和物质之间在互相作用的时候会形成量子纠缠,而像这样的量子纠缠似乎很不可思议,但是却不是完全不可能的事,电子、光子之间的量子纠缠现象已经在很多实验中得到了证明,薛定谔的猫实验之所以令人难以接受不仅是因为其奇怪的逻辑,还有就是我们想象中的世界规律是比较确定的,但是薛定谔的猫实验却向人们暗示在微观世界的领域可能就藏着更多人们无法想象的微妙规律。
二、多维空间的存在。
随着科学的不断进步,人们对于宇宙和空间等问题的研究也越来越深刻,经典的三维空间的存在由此又为更高维度的空间打开了大门。
多维空间理论最早可以追溯至十八世纪的数学家拉伯雷和黎曼等人提出的曲面论以及黎曼几何,黎曼几何通过对于曲线和曲面的推广为三维空间的存在提供了理论基础,这项研究就像是在原本的二维平面的基础上,如果加入了垂直于二维平面的另一个垂直方向,那么这样就形成了三维空间。
当然,这个三维空间我们是很难观察和想象的,但是在数学上是成立的。
现在我们所处的世界应该就是这种类似的三维空间,但是为什么我们没法观测到这是因为我们的科技发展还没有到了可以突破三维空间限制的地步。
三维空间是指空间中一个点可以由三个不能为空的变量来确定,也叫作长宽高的空间,这样我们能确定世界中有很多的物体形状。
然而在三维空间上还可以构造出薛定谔的猫实验和先进的物理学实验中所需要的各种概念,那么在四维空间上呢?
在历史上,爱因斯坦正是依据黎曼几何的理论为其自己的相对论理论进行证明,为三维空间外的四维空间创立了理论基础。
宇宙在19世纪开始,人们对三维空间的认知逐渐丰富,同时对于四维空间的探讨也逐渐深入,并开始使用数学等工具对于隐藏在时间维度上的问题进行研究。
有趣的是当爱因斯坦提出了他的狭义相对论等科学理论后,人们在认识到地球是一个在时间维度上运行的世界后,越来越多的人开始尝试将已知的物理学相关经验和各种规律深入到时间维度上去,想从中寻找到更多宇宙的奥秘。
直到德国物理学家卡尔·施瓦西尔德在广义相对论等科学理论基础上的研究成果上提出了如果对时间维度上进行多维度空间的研究,那么爱因斯坦的狭义相对论中的计算公式就会变得更加和谐,于是数学家们为多维度空间的发展又带来了新的契机,而多维度空间中的五维空间就有很多的研究进行,但是更高度的维度空间在人类的认知上还是一个未知的领域,在人的直觉有限的情况下,人们似乎离多维度空间太遥远,但是在四维空间中,物质在时间维度上本来就是一个不断变化的过程,时间维度中的空间再加上物体在空间上的一些特性就形成了一个属于物体自己的一个宇宙。
接下来是五维空间,六维空间等等。
三、量子隧穿效应。
量子力学是20世纪最重要也是最激动人心的一门科学,其影响范围甚至超过了物理这一本身。
其中很多实验结果在当时正酝酿着中国的“百家争鸣”,当时的舆论风向风潮在一定程度上将很多物理学模型推到了风口浪尖,然而很多结果往往在之后的研究中才慢慢得到了证实。
在讨量子力学的时候,许多科学家开始深入研究微粒的运动途径,最终提出的“量子隧穿效应”是当今科学界上最难以想象的科学理论之一。
量子隧穿效应是指微观世界的一种非常奇特的运动状态,如果将一个粒子扔进了两个椭圆形的瓶子中间,这个微粒在受到牛顿力学下的作用力之后本应该会在两个瓶子的内壁壁碰撞,然而如果这个微粒的能量不高的话,那么这个微粒就很有可能一直远离两个圆形瓶子的内壁而一直在两个圆形瓶子之间进行微观世界的隧穿状态。
这个微粒隧穿的概率就如同薛定谔猫实验一样具有一半一半的概率,这样我们就能判断出,微观世界中物质和能量的作用和反应是非常复杂的一个问题。
结语
人类的认知受限于人们的经验和人感知的世界,然而超出人类的认知界限的领域不仅有非常多的发现和未知领域,同时也有非常多可以用来挑战因循守旧思维的领域。
接受新理论首先需要的是开放的思维,其次是对于未知的世界的勇气,只有人们有了这样的勇气,人们的认知才能不断突破,我们才能对于人类的世界有更好的创造。
在探索未知世界的过程中,人们同样需要处理好探索和留白的关系,这样才是对科技进步的最好贡献,我们期待有更多的人加入到探索未知领域的行列中来,也欢迎有志之士踏入未知领域的研究探索之旅。