大学物理,物质世界的结构层次 2汇总
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演生原理与物质世界的层次结构:一种新的自然观编者按了解我们世界本质的一个自然而然的方法,是找到组成所有物质的基本构件。
了解了这些基本构件的性质,就了解了它们所组成物质的性质。
几百年来,科学的很大一部分,就是在寻找这些基本构件,也就是所谓的基本粒子。
但上面这一了解世界的还原论的思路,有一个隐含的假设,那就是空间是绝对的。
物质都是放在空间里的一些东西,它们总是可分的。
但引力波的发现说明空间并不绝对。
它就像一块材料一样,也能敲响(虽然这需要用黑洞去敲),也能形变和扭曲。
如果空间真是一块材料,空间里的物质又是什么,基本粒子又是什么。
所以这种对空间的新看法,会对我们了解世界的思路有深刻的影响,导出一个完全不同的思路——演生的思路。
这篇文章深入浅出地介绍了这两种思路,反映了近代科学探索宇宙的完全不同的想法和路线。
——文小刚张龙(清华大学高等研究院博士, 现为北京大学量子材料科学中心博士后)对物质世界基本组成与基本规律的追求贯穿现代自然科学史,逐步确立了还原论的思想方法。
但是,仅从这些基本规律出发即可演绎出整个宇宙的信条受到了凝聚态物理学中逐渐揭示的演生论的质疑与挑战。
演生论认为,物质世界依复杂性划分为不同的层次。
每一层次在低能标下由于有序态的形成使高能自由度冻结,其性质可由少量自由度的低能激发及其有效理论完全刻画。
因此,每一层次可以演生出全新的“基本” 规律,形成物质世界的层次结构。
本文介绍“演生论” 的基本观点,并提出所谓“终极理论” 的问题。
人类一直尝试以不同方式认识和理解我们所面对的物质世界。
从这些尝试中生长出哲学与自然科学两种思维方式。
前者侧重思辨的、定性的讨论;而后者则更加注重实证的、定量的分析。
近代以来,自然科学研究中的问题与结论往往经过哲学的反思,最终深刻影响了大众的思维方式。
现代物理学的研究主流可以概括为探索物质的基本组成与运动的基本规律。
综合大量的研究成果,人们逐渐确立了对物质世界“还原论” 的认识,并进而上升到对整个物质世界“构造式” 的理解,即相信从最终可以认识的物质“原子” 的运动规律出发,通过逻辑与数学的演绎即可理解整个物质世界的运动。
2 物理空间的结构3.1 物质形态的五个层次物理空间中的物质形态是分层次结构的,大体可分为五个层次:亚微观、微观、宏观、宇观和超宇观。
亚微观层次是由构成基本粒子的亚微观粒子和新以太物质所构成;微观层次是由基本粒子、原子核、原子、分子等以及它们的内部和外部存在的新以太物质所构成;宏观层次是由地面物体,分子体系、太阳系的天体等所构成;宇观层次是由银河系、星系团、超星系团、总星系等我们现在所能观察到的大约130多亿光年以内的天体所构成;超宇观层次是比宇观层次更大的层次,它包括超级银河系(见下文)在内的巨大系统。
每一种物质形态层次都有各自的运动规律,且相互联系,下一个层次的基本单元(比如原子,分子等)对上一个层次的基本单元(如地面物体等)来讲表现为连续性,且有各种不同的组合形式,还决定着上一层次基本单元的各种各样的基本性质。
这些基本性质主要有:不均匀性(如有核心结构),涡旋相似性(如周期旋转特性),相互作用的同一性(已知的四种相互作用:引力,弱力,电磁力,强力都是通过新以太介质来实现)。
现代科学对中间三个层次研究得比较多,也得到这三个层次物质运动的一些规律并应用于人类社会的生产实践。
但仍然有很多问题,没有得到根本的解决,究其原因,与我们对亚微观层次和超宇观层次的了解、研究不够有关。
本文的目的就是想从这两个层次入手,试图根据现有的事实和有关资料为解决这些问题找到线索,作一次初步的探索。
2.2 超宇观层次的基本结构——超级银河系假设每一种物质结构形态的基本性质中都有涡旋相似性,超宇观层次也不例外。
涡旋或者漩涡是常见的一种自然现象,洗手槽、浴缸里形成的小漩涡;汛期江河面上出现的中等大小的漩涡;再大的漩涡要数台风了;再更大的漩涡当然就是银河系涡漩了,还有没有更大更大的涡漩呢?有!这就是这里提出来的超级银河系假设。
所有由物质形成的漩涡都有如下的相似之处:1)都有一个中心;2)都有旋涡所特有的相似的外形(如旋臂之类);3)都有一定层次的参与旋转的基本单元物质,比如水漩涡的基本单元是水分子,台风参与旋转的基本单元是小水滴,银河系中参与旋转的基本单元是恒星系(如太阳系);4)所有基本单元的旋转方向都一致;5)基本单元都有向心的倾向;6)旋涡的大小和参与旋转的基本单元的大小之比值,约在之间,相差不大。