所有科学中最糟糕的预估

发布时间：2023-09-12 09:32:09 所属栏目：外闻来源：网络

导读： 　　一种被证明了的科学的理论必须要能够确切地进行推断与判断——而两者相较之下则是有着更好的预示性将会令专家学者们的内心得到满足；假如两个各有所长的理论同时作出了相互

　　一种被证明了的科学的理论必须要能够确切地进行推断与判断——而两者相较之下则是有着更好的预示性将会令专家学者们的内心得到满足；假如两个各有所长的理论同时作出了相互吻合且十分可靠的预言的话，那么便能成就一段伟大的历程了。因此，当物理学家用他们最好的两个理论来预测最简单的可能量时，他们有点懊恼，结果是他们意见分歧很大，以至于通常被称为“科学史上最糟糕的预测”。

　　空的空间，嗯，空的。不包含任何东西，似乎计算空白空间的能量很简单，预测将为零。但是，这种期望是不正确的。

　　这两种理论结合起来，是所有现代物理学的基础，被称为广义相对论和粒子物理学的标准模型。广义相对论描述了引力的行为，适用于宇宙中的大型结构。相比之下，粒子物理学的标准模型用于解释所有其他力，并控制着非常小的量子世界。

　　这两种理论都可以应用于空白空间。那么，当这两个理论被用来计算真实真空的能量密度时会发生什么？

　　广义相对论的观点

　　爱因斯坦的广义相对论讨论了空间本身的形状和运动。一个世纪以来，我们都知道宇宙正在膨胀，描述宇宙演化的理论被称为大爆炸。基本上，该理论认为宇宙曾经更小，并且某些东西导致膨胀开始。

　　鉴于重力是一种吸引力，这意味着在膨胀开始后，这种膨胀会减慢。为什么？因为宇宙中的所有物质都吸引了所有其他物质。

　　因此，1998年，研究宇宙演化的研究人员发现，宇宙不仅在膨胀，而且膨胀也在加速，这是非常令人惊讶的。发生这种情况的唯一方法是，如果空间具有与之相关的小而独特的能量。如果能量是正确的类型，它会导致一种排斥形式的重力。研究人员称这种排斥引力为“暗能量”，他们可以计算出解释观测到的宇宙演化需要多少暗能量。这种能量非常小 - 相当于每立方米空间中四个氢原子的能量。

　　量子力学的观点

　　那么，标准模型是否预测了空间能量，如果是，如何预测？

　　标准模型表示，所有空间都充满了各种场。当这些场以某些方式振动时，量子世界的粒子就会出现——电子、夸克等。然而，即使场是静止的 - 名义上处于静止状态 - 仍然存在持续的残留“嗡嗡声”，在具有一系列波长的场中具有微小的瞬态振动。因为在量子世界中，粒子和波是一回事，这意味着空白空间包含短暂粒子的混沌混合物，这些粒子基本上是立即出现和消失的。各种场的这种最低能量状态称为零点，它们所包含的能量称为“零点能量”。

　　要计算量子世界的零点能量，请将所有量子波的效应相加。原则上，没有最小波长，因此您将越来越短的波加起来。因为短波长意味着高能量，这意味着增加越来越高的能量。极端地说，你可以将近零的波长与近乎无限的能量相加——但我们知道，标准模型最终会在非常高的能量下失效，所以你只会将能量加起来到某个最大值（因此，只加到某个最小波长）。

　　计算中应该使用的最大能量究竟是多少，这在理论上存在争议，但大多数科学家都认为，标准模型所适用的绝对最高可能能量被称为普朗克能量。如果你用这个能量作为计算的截止点，你会计算出零点能量非常高。能量密度相当于将整个可见宇宙的100万亿倍的质量压缩成一立方米。

　　所有科学中最糟糕的预测

　　然而事实上，通过这个数值的简单的计算，宇宙射线标准广义相对论模型预测的能量密度大约是最初的广义相对论预测的广义相对论的10120倍。1后面有120个0。这种差异无疑赢得了“所有科学中最糟糕的预测”的称号。

　　因子10120是最坏的情况。有人提出了一些未经证实的理论来改善这种情况。例如，如果一个被称为超对称的理论被证明是正确的，那么分歧“只有”1060倍。

　　当发生如此大的分歧时，一个或两个理论都出了问题。我们目前的理论理解仍然可能是错误的，但广义相对论很好地描述了宇宙，标准模型在量子水平上做得很好。只有当两者进行比较时，才会出现问题。

　　一些潜在的解决方案

　　有哪些建议的解决方案？嗯，有很多。例如，一种解释源于标准模型假设没有最小空间单位的事实。这意味着您可以想象的最小体积可以在永无止境的系列中分成更小的单元。但是，如果有一个最小的空间单位——实际上是空间的“原子”呢？如果这是真的，那么这将改变计算，在这种情况下，宇宙和量子能量之间的分歧可以消失。

　　另一个想法是，我们被自己的感官愚弄了。当我们体验周围的世界时，我们似乎在三个空间维度上移动。如果空间还有其他维度，那么这将从根本上改变我们的引力理论，这意味着量子计算（目前在三维空间中进行）是错误的。

　　虽然最终的答案是未知的，但似乎更有可能的是，问题出现在我们对极小世界的理解中。毕竟，如果标准模型预测是正确的，宇宙就会膨胀得如此之快，以至于恒星、星系和人类永远不会存在。然而，这种假设并不成立。因为我们的宇宙是一个奇异的、无限的、不可预测的，并且在某些方面具有普遍性。

（编辑：青岛站长网）

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