物理界会出现另一个爱因斯坦或牛顿吗?( 三 )



对爱因斯坦的广义相对论进行了无数次科学测试 , 使这一想法受到人类有史以来最严格的限制 。 爱因斯坦的第一个解决方案是针对单一质量(如太阳)周围的弱场限制;他将这些结果应用于我们的太阳系 , 取得了巨大的成功 。 很快 , 此后找到了一些精确的解决方案 。
然而 , 经常被忽视的是 , 牛顿和爱因斯坦并不是简单地提出与观察结果一致的理论 。 每个人都能够做的一件大事是做出一个新颖的预测——一个以前从未做过的并且与任何先前理论的预测有显着差异的预测可以测量和测试 , 验证或否定新理论 。
牛顿的伟大预言实际上源于著名天文学家埃德蒙·哈雷向他提出的一个问题 , 即彗星在遵循平方反比定律的引力场中的轨道 。 它导致了对我们今天所知的哈雷彗星在 1758 年回归的预测 。 虽然牛顿和哈雷那时都已经去世很久了 , 但它仍然是有史以来最引人注目的理论证实之一 。
爱因斯坦的理论来得更快:他的理论预测光在靠近大引力质量时会发生巨大而特定的偏转 。 意识到在日全食期间可以在太阳边缘附近看到星星 , 因此计划在 1915 年之后的几年里进行远征以监测这些日食 。1918 年的大日食 , 亚瑟·爱丁顿 (Arthur Eddington) 组织的 1919 年探险队实际上测量了太阳光的偏转 。 爱因斯坦 , 而不是牛顿 , 结束了这一天 。

1919 年爱丁顿探险的结果最终表明 , 广义相对论描述了星光围绕大质量物体的弯曲 , 推翻了牛顿的理论 。 这是对爱因斯坦引力理论的首次观测证实 。
在这两种情况下 , 都有一些已经存在的理论可以解释部分 , 但不是已经观察到的各种现象 。 在这两种情况下 , 都存在悬而未决的问题和困惑 , 其解决方案仍然难以捉摸 。 而且 , 在这两种情况下 , 当时流行的理论要么不完整 , 要么不一致 。
当牛顿和爱因斯坦各自出现时 , 他们所做的是奠定了一个新的基础原则 , 在此基础上可以构建一个新的理论 。 该理论将以先前理论所不具备的方式自洽和预测:牛顿将地球和天空中发生的力相互统一 , 爱因斯坦将时空和相对论的概念与引力现象统一起来 。
但每个人还必须清除任何科学理论必须通过的三个挑战的高标准才能取代另一个 。
新理论必须成功地容纳旧理论所做的每一个成功预测 。 旧理论成功的地方不能有新理论的失败 。
新理论必须成功地解释旧理论未能解释的特定现象 。 它的事后判决力必须立即显现出来 。
并且新理论必须对可观察到的现象做出明确的预测 , 这些现象在数量上不同于旧理论 , 然后必须果断地进行批判性检验 。

生动地观察时空在质量移动时如何响应有助于从质量上准确地展示它不仅是一块织物 , 而且整个空间本身都因宇宙中物质和能量的存在和特性而弯曲. 请注意 , 只有当我们不仅包括大质量物体的位置 , 而且还包括该质量在整个时间内所处的位置时 , 才能描述时空 。 该物体所在位置的瞬时位置和过去的历史决定了物体在宇宙中移动时所受的力 , 这使得广义相对论的微分方程组比牛顿的更复杂 。
那还会有另一场像牛顿或爱因斯坦那样大的革命吗?
已经测量、观察、实验和量化的现象越多 , 任何新想法就越难以与流行的、预先存在的理论的预测相匹配 。 提出一个新的基本原则 , 从中可以推导出大量现有的物理学是非常困难的;大多数现代尝试甚至无法清除障碍!

  • 修改重力的尝试一直无法做到 。
  • 涌现引力或熵引力也无法做到这一点 。
  • 只有放弃六个空间维度并将“额外”参数(Brans-Dicke 参数)设置为无穷大 , 弦理论才能做到这一点 , 因此这是一个没有充分解释的断言 。
大多数对新基础原则的尝试都是从试图解释当前理论无法解释的现象的角度出发 , 并试图倒退到原先理论的成功案例中 , 但迄今为止这种方法毫无结果 。
要么 , 要么他们试图保留关于现代理论的一切 , 但略微修改它以适应以前无法解释的现象 。 不幸的是 , “引入一个新的自由参数来解释一个且唯一的一个新现象”的模式从未奏效 。 它可能永远不会 。

从预先存在的状态来看 , 暴胀预测随着暴胀的继续 , 将产生一系列的宇宙 , 每个宇宙都与其他宇宙完全分离 , 被更多的暴胀空间隔开 。 这些“气泡”之一 , 暴胀结束的地方 , 在大约 138 亿年前诞生了我们的宇宙 , 它的熵密度非常低 , 但从未违反热力学第二定律 。

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