第568章 理论的极限！不是时空极限！广相量子力学再度融合！最小尺度！
    刚刚的反转让众人恍然大悟。
    “原来布鲁斯教授问的本意是理论的极限！”
    “而不是时空的极限！”
    如果是这样，那这个问题就非常有意思了。
    在场众人都知道，每个物理理论乃至科学理论，都有着自己的适用范围。
    比如牛顿力学定律，在相对论出现以前，它被认为适用于宇宙中的任何情况。
    但是现在，大家都很清楚，牛顿力学只能在低速下应用。
    这就是理论的边界。
    不仅是物理，其它学科同样有这种限制。
    比如化学上某个反应不能超过某个温度，否则产物就变成了另一种。
    生物、医学、机械等等，都有类似的情况。
    相对论虽然颠覆了牛顿力学，并且包含了牛顿力学，但是它也许存在同样的限制。
    从这个角度看，众人觉得布鲁斯教授的担心不是没有道理的。
    除非是终极的宇宙真理，否则人类现有的理论有很大概率存在瑕疵。
    但问题来了。
    “这个瑕疵不一定就是尺度问题啊。”
    电子再小，它也要满足量子力学的概率波和不确定性。
    恒星再大，它也要满足广义相对论的弯曲时空效应。
    不管是相对论还是量子力学，怎么会有尺度上的极限边界呢？
    而且按照布鲁斯教授的意思，一旦超过某个限制，理论不是产生误差大小的问题，而是直接失效！
    什么意思呢？
    比如牛顿力学虽然不适用高速运动的情况。
    但你非要用它来计算，也能计算出物体的速度，只不过误差会比较大。
    可即便如此，只要对误差能忍受，那么结果也勉强能用。
    但是物理理论失效就不一样了。
    相当于你用牛顿力学【不能计算】物体的速度了。
    “算的不准”和“不能算”是两个截然不同的概念，代表的意义也天差地别。
    因此，众人才会更疑惑了。
    “难道电子小到一定的程度，无论速度有多快，质量都不会变大？不符合狭义相对论？”
    很明显，这是不可能的。
    会场内爆发出热烈的讨论声。
    过了一会儿。
    安德森站了起来，他恭敬地说道：
    “布鲁斯教授您好，我是来自美国加州理工学院的安德森。”
    “我想尝试回答这个问题。”
    李奇维闻言，微微一笑。
    “请说。”
    安德森说道：
    “您之前曾经说过，相对论的物质基础是天文学，量子力学的物质基础是原子学。”
    “所以，这两大理论分别对应尺度的上限和下限。”
    “理论的尺度上限，我个人认为是不存在的。”
    “因为恒星系乃至星系的尺度对于人类而言，已经足够巨大。”
    “但是目前的万有引力定律和广义相对论都可以很好地预测。”
    “所以即便未来发现更大尺度的宇宙结构，它同样也要遵循这些物理理论。”
    “无非是算出来的质量更大、速度更快、光强更强。”
    “星球和星系的尺度差异不会带来物理本质上的区别。”
    “但是理论的尺度下限，我个人认为确实值得商榷。”
    “目前人类已知的最小结构就是电子，量子力学也是通过研究电子的行为发展而出。”
    “虽然它号称适用于一切的微观粒子，但也许将来我们发现比电子更小的粒子后，或许会有新的性质。”
    “那么量子力学就需要重新调整。”
    “因此，我觉得尺度的下限和现有粒子的大小有关。”
    哗！
    安德森的回答在学生中引起巨大反响。
    很多人忍不住点点头，显然很认同这个观点。
    不过郎之万、德布罗意等大佬们微微摇头。
    在他们看来，安德森的回答有点过于稚嫩了，没有说到重点。
    这时，李奇维笑道：
    “安德森同学，你的回答有一个问题。”
    “那就是你默认一个物理理论不能容纳未发现的事物。”
    “这一点，虽然无法从数学上证明，但我个人不同意你的观点。”
    “一个好的物理理论，应该是能预测或者预言未知的现象。”
    “而我们现在讨论的是，它能预测的极限是什么。”
    嗡！
    众学生不明觉厉。
    他们觉得布鲁斯教授的境界有点高。
    李奇维也不再继续考验这些天才们，继续说道：
    “下面，我来谈谈我的看法。”
    “其中会用到一些计算，大家不要开小差，不然可能听不懂。”
    哗！
    众人瞬间兴奋！
    他们恨不得多长几只眼睛，怎么可能还走神。
    在所有的期待下，李奇维说道：
    “对于我们人类而言，世界是存在极限的。”
    “比如根据宇宙膨胀理论，离我们无比遥远的地方，膨胀速度甚至超过了光速。”
    “那么那里发生的任何事情，都将和我们无关，这个距离就是某种极限。”
    “但是这个极限并不是理论的极限。”
    “我们有99.99%的把握认为，哪怕是空间膨胀速度超过光速的那片区域，量子力学和相对论依然是成立的。”
    “那里的时空会弯曲，那里的微观粒子位置动量不确定。”
    “这是理论的普适性，也是我刚刚反驳安德森同学的理由。”
    众人闻言，这下算是明白了。
    “但是，在一种特殊的情况下，理论就有可能失效。”
    “我们知道，对微观世界最重要的一步就是测量。”
    “测量电子的位置、电荷、质量等。”
    “没有测量，我们就无法观察微观世界的一切现象，也就无法创造对应的理论来解释现象。”
    “测量至关重要，但测量本身却是有极限的！”
    “在宏观世界，一个人想知道自己多高，拿个尺子量一下就行。”
    “但如果想知道一个电子有大，拿尺子就不行了。”
    “对于微观世界，唯一的测量方法就是用另一个微观粒子作为工具，去测量被测量的微观粒子。”
    “但是微观粒子和宏观物质有巨大的差别，这就会导致测量出现极限。”
    “现在，大家随着我一起，来做个思想实验。”
    “思想实验很重要，希望你们在未来要逐渐学习并习惯这种思维。”
    众人听的双眼放光，感觉在布鲁斯教授的娓娓道来下，他们已经站在了物理最前沿。
    “假设现在要测量一个微观粒子a。”
    “那么就必须发射出另一个微观粒子b与之相互作用，通常来说，b是光子。”
    “如果想精确地测量出a的位置，那么就必须使光子的波长尽可能地短。”
    “这样才能将粒子a恰好捕获在光子的波长中，从而达到【测量】目的。”
    “a的尺寸越小，则光子的波长也要越短。”
    “这一点大家能理解吧。”
    “但是，根据e=hv，光子的波长越短，则频率越大，于是能量就越高。”
    “当a的尺寸小到某个极限值时，这时候光子的能量也会到达一个极限值。”
    “这个能量极限值就是【mc】。”
    “这里的m指的是所测量的粒子a的质量。”
    “因此mc就是根据狭义相对论计算，该a粒子所具有的全部能量。”
    “如果用于测量的光子的能量，超过了mc，那么光子在撞击到粒子a时，粒子a很可能会吸收掉这份能量，产生一个全新的粒子a。”
    “如此一来，测量过程发生变化，我们甚至不知道自己到底在测量什么了。”
    “换句话说，测量失去了意义。”
    “这个时候，该光子的波长就是粒子a的【测量极限波长】。”
    “一旦光子的波长低于这个极限，那么光子撞击粒子a足以产生新的粒子a。”
    “【测量极限波长】很明显和粒子a的质量成反比关系。”
    “粒子a的质量越大，则其能量mc就越大，那么测量光子的临界能量就越大，因此波长就越短，所以相应地，【测量极限波长】就越短。”
    “此外，根据不确定性原理，可以将上述的方法描述的更精确。”
    “当粒子a的能量不确定性大于mc时，就有足够的能量生成一个同类型的新粒子。”
    “此时，测量同样失去了意义。”
    众人听的目瞪口呆，震撼不已。
    忽然，李奇维提高声音，说道：
    “注意！”
    “以上是从量子力学和狭义相对论的角度来阐述。”
    “从广义相对论也能得出类似的结论！”
    “根据广义相对论和恒星演化理论，一个质量为m的物体，当把它的尺寸压缩到某个半径时，则该物体会直接形成黑洞。”
    “这个半径就是【史瓦西半径】。”
    “显然，史瓦西半径是和质量成正比的，质量越大的物体，则它的史瓦西半径越大。”
    “比如太阳的史瓦西半径是3千米，地球的史瓦西半径是9毫米。”
    “即，如果能把地球压缩成一个半径为9毫米的小球，地球就会变成一个黑洞。”
    “我之前在罗马大学演讲时，曾经提到过一滴水压缩成黑洞，就是这个原理。”
    “从数学上分析，我们无法从黑洞内部得知任何信息。”
    “在黑洞内部，任何物理理论都是失效的。”
    “因此，如果当光子的能量足够大，产生的新粒子a甚至直接变成黑洞时，那么测量就真正失去了意义。”
    “黑洞会吞噬一切测量光子。”
    “粒子a虽然是微观粒子，但是它同样具有对应的史瓦西半径。”
    “现在，我们把粒子a的【测量极限波长】和【史瓦西半径】联系起来。”
    “如图所示。”
    李奇维开始一边计算，一边讲解。
    众人无不骇然！
    他们已经完全沉浸进去在这场匪夷所思的思想实验中。
    “假设当粒子a的【测量极限波长】和【史瓦西半径】相等时，我们可以算出此时粒子a的质量。”
    “根据计算可知，它的值是2.2x10^-8kg。”
    “我把这个质量值称为【极限质量】。”
    “极限质量代表什么意思呢？”
    “它是宏观世界与微观世界的分界线！”
    “任何粒子的质量只要小于极限质量，那么该粒子的不确定性作用范围就会超过史瓦西半径。”
    “即，这个粒子不会坍缩成一个黑洞，而是以波粒二象性的形式存在。”
    “可以理解为【波性】压倒了【粒子性】。”
    “但若粒子的质量大于极限质量时，该粒子会直接形成黑洞，一切物理定律失效。”
    “那么此时的任何测量行为也都是没有意义的。”
    “所以，【极限质量】就是理论上黑洞的最小质量。”
    “低于极限质量的黑洞，会跌入量子世界，化为波粒二象性，而不是形成宏观的黑洞。”
    “当粒子a的质量为极限质量时，此时它的【测量极限波长】计算结果为1.6x10^-35m。”
    “我把这个长度值称为【极限长度】。”
    “它代表现有的广义相对论和量子力学所能描述的最小尺度。”
    “而光走过【极限长度】所需的时间，计算可知它的值为5.4x10^-44s。”
    “我把这个时间值称为【极限时间】。”
    “它代表在小于这个时间间隔内发生的一切现象，都无法用现有的物理理论描述。”
    “【极限长度】和【极限时间】就是目前物理学所能探索的极限。”
    “即：最小的尺度！”
    轰！
    全场骇然！
    随后，就是死一般的寂静！
    所有人被震撼的目瞪口呆。
    李奇维看着众人，微微一笑。
    很显然，极限长度、极限时间、极限质量分别就是真实历史上的普朗克长度、普朗克时间、普朗克质量。
    普朗克自己都没有想到，当初他从纯数学的角度编造出的数字，竟然会有如此匪夷所思的物理意义。
    这其中的关键就在于光速c和普朗克常数h。
    前者代表了相对论，尤其是广义相对论，而后者代表了量子力学。
    通过黑洞和不确定性原理，二者殊途同归地达到一个极限。
    在这个极限尺度下，相对论和量子力学同时失效。
    不得不说，这是一个巧合。
    但这个巧合或许蕴含着某个极其深刻的道理。
    宇宙中的几个常数实在太神奇了，它们之间的联系还远远没有被研究清楚。
    或许这些常数才是宇宙最本源的架构。
    如果有一个公式能把所有宇宙常数结合在一起。
    那么，它是不是就能计算出宇宙的一切结果呢？
    (本章完)