物理理論的研究過程通常是這樣的：經過多年的發展和完善，最終形成了一個(ge) 能夠完美解釋現實的物理理論，然後它預測了沒有人想要的東(dong) 西。愛因斯坦的廣義(yi) 相對論就是一個(ge) 典型的例子。這是我們(men) 最好的引力理論，但它預言了黑洞的存在——一個(ge) 具有強大引力的時空區域，包括光在內(nei) 的任何物質都無法從(cong) 中逃逸。即使是現在，物理學家們(men) 仍然對黑洞的概念感到困惑，因為(wei) 它有太多棘手的問題需要解決(jue) 。但是，黑洞並不是困擾物理學家的唯一概念。這裏還有五個(ge) 例子。

量子的多重性

現實似乎很確定，對吧？比如你在這裏，足球在那裏，你把足球踢走，它最終會(hui) 滾落到不遠處，一切似乎都很正常。但在量子力學中，情況將完全不同。量子力學認為(wei) ，事物的狀態在我們(men) 測量之前是不確定的，它會(hui) 同時處於(yu) 各種狀態，直到被測量，它的狀態才唯一確定。例如，一件東(dong) 西可以同時在不同的地方，隻有當我們(men) 測量它時，它才會(hui) 最終停留在某個(ge) 地方。就像足球一樣，如果我們(men) 沒有發現它，它可以同時出現在所有位置。隻有當我們(men) 發現它時，它才能被定位在操場的某個(ge) 地方。愛因斯坦則有點不服氣。在一次散步中，他問旁邊的學生：“你相信隻有當你看著月亮時，月亮才真正存在嗎？”愛因斯坦認為(wei) 事物應該在測量之前確定，量子力學的解釋可能不正確。然而，許多物理學家並不這麽(me) 認為(wei) 。畢竟，量子力學是曆史上最成功的科學理論，理論與(yu) 實驗結果吻合得很好。美國物理學家大衛·默明總結了大多數人的感受。他說：“閉嘴就算了！”這意味著隻要量子力學有效，就沒有必要討論愛因斯坦這樣的問題。為(wei) 了理解量子力學這個(ge) 看似荒謬的推論，物理學家們(men) 提出了許多不同的解釋。一個(ge) 著名的解釋叫做多世界解釋。它認為(wei) ，經過測量，所有先前存在的量子態都將繼續存在，但它們(men) 處於(yu) 一個(ge) 平行的世界中，我們(men) 隻是看不到它們(men) 。當我們(men) 看到它時，雖然它肯定在操場上，但也可能在別的地方。隻有其他地方的足球在另一個(ge) 世界與(yu) 我們(men) 的世界平行。

時間

時間的問題不在於(yu) 物理，而在於(yu) 人。我們(men) 可能認為(wei) 時間在不斷地從(cong) 現在流向未來，但這實際上是你大腦產(chan) 生的幻覺。自從(cong) 愛因斯坦在20世紀初提出相對論以來，物理學中的時間概念得到了明確的表述：時間不會(hui) 流逝，客觀的過去和客觀的未來都不存在。除了這個(ge) 矛盾，相對論和量子力學有不同的時間描述方法。根據相對論，時間和空間是密切相關(guan) 的，它們(men) 都是相對的概念。例如，對象移動得越快，時間就越慢。但是量子力學回到了經典的框架，即存在一個(ge) 絕對時間。如何解決(jue) 這些矛盾？大多數物理學家的回答可能仍然是：“閉嘴，算了吧！”然而，一些物理學家仍在努力解決(jue) 這些時間問題。其中之一就是我們(men) 隻需要對過去、現在和未來給出一個(ge) 更好的物理定義(yi) ，所以很多問題都可以解決(jue) 。這個(ge) 觀點正確嗎？隻有時間才能告訴我們(men) 答案。

無窮

數學家相信無限。他們(men) 還認為(wei) 不僅(jin) 有無窮大，而且有許多種無窮大。事實上，無窮大可以大大簡化數學的計算過程，數學家們(men) 經常發明新的無窮大概念來填補他們(men) 在研究中遇到的邏輯漏洞。但對於(yu) 物理學家來說，無限是一種“沮喪(sang) ”。無限是無法控製的。隻要它出現在物理理論中，它就不會(hui) 破壞它。例如，物理學家曾試圖將電磁力和弱核力統一起來，但他們(men) 的公式總是有無限的結果，這使得計算變得不可能。物理學家花了幾十年時間才找到正確的數學方法來解決(jue) 這個(ge) 問題。現在，在黑洞和大爆炸之前，宇宙中存在著密度無限的“奇點”，這仍然阻礙著引力理論和量子理論的統一。有些物理學家已經受夠了。他們(men) 認為(wei) 宇宙可能沒有真正的無限，那些被視為(wei) 無限的事物可能就是無限。問題是，沒有無窮大的概念，數學很難計算。

宇宙常數

宇宙常數的曆史是相當的曲折。愛因斯坦把它加入到他的廣義(yi) 相對論方程中，以穩定宇宙，確保宇宙在自身引力作用下不會(hui) 膨脹或收縮。然後，在20世紀20年代，美國天文學家埃德溫·哈勃等人發現宇宙實際上在膨脹，這促使愛因斯坦放棄了宇宙學常數的概念，認為(wei) 這是他一生中“最大的錯誤”。然而，在20世紀90年代，天文學家觀察到宇宙實際上正在加速膨脹，而加速背後的力量被稱為(wei) “暗能量”。物理學家還引入了宇宙學常數，認為(wei) 暗能量是一個(ge) 宇宙學常數，它可以與(yu) 引力起到相反的作用，推開宇宙中的一切事物。唯一的問題是，20多年後，人們(men) 還沒有弄清楚宇宙常數（暗能量）的來源。目前最好的推測是宇宙常數是一種真空能量，它是由真空中無數瞬態虛粒子貢獻的。然而，物理學家根據量子理論推導出的真空能量密度約為(wei) 1094g/cm3。然而，根據他們(men) 對宇宙膨脹的觀測，結果隻有10-29g/cm3。換句話說，宇宙常數的理論值是觀測值的10123倍。物理學家還沒有弄清楚為(wei) 什麽(me) 會(hui) 有這麽(me) 大的差距。

宇宙的熱寂

宇宙的“終結”是什麽(me) 樣子的？有些人認為(wei) 宇宙可能以一場巨大的“大塌縮”而告終。然而，許多物理學家認為(wei) 宇宙更可能在很長一段時間內(nei) 逐漸走向終結。歸咎於(yu) 熱力學第二定律。這個(ge) 定律認為(wei) 宇宙的熵（代表混沌程度的物理量）會(hui) 隨著時間的推移而增加，從(cong) 有序到無序。當熵達到最大值時，宇宙中所有可利用的能量就變成了不可利用的熱能，宇宙中任何地方都達到了熱平衡。這種狀態稱為(wei) 熱寂。這時，宇宙中所有的天體(ti) 都不複存在了，一切都是一樣的，也沒有變化。此外，暗能量使宇宙膨脹得越來越快，最終宇宙將變得空虛、黑暗和寒冷。當然，我們(men) 永遠不會(hui) 看到這些。然而，熱寂的結局不僅(jin) 令人沮喪(sang) ，而且令人厭煩。於(yu) 是物理學家們(men) 開始思考其他一些可能性，雖然結果仍然令人沮喪(sang) ，但過程至少令人歎為(wei) 觀止。其他的可能性包括一個(ge) 大撕裂（宇宙被更強大的暗能量完全撕裂）和一個(ge) 大崩潰（宇宙中的一切依次崩潰在一起）。當然，最有趣的可能是大塌縮——量子漲落導致宇宙的一個(ge) 區域變得不穩定，因此所有原子都不能穩定地存在，物質的結構坍縮，並從(cong) 那裏以光速圍繞宇宙膨脹。與(yu) 其他可能性不同的是，我們(men) 並不提前知道何時會(hui) 發生“大崩盤”。



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