爱因斯坦的广义相对论预言了黑洞的存在,但即使是现在,化学家们仍在为这个概念而苦苦挣扎,因为有太多棘手的问题需要解决。 但黑洞并不是唯一让化学家感到不舒服的概念。 下面我们举几个类似的反例。
量子多重性
虽然现实很确定——你在这里,篮球在哪里什么是物理学概念,如果你把篮球踢下去,它最终会落在不远处,这看起来很正常。 但在量子热学中,所描述的情况将大不相同。
量子热认为,一个事物在我们检测到它之前的状态是不确定的,它会同时处于多种状态,直到检测到它的状态是唯一确定的。 就像网球一样,当我们不检查它时,它可以同时处于不同的位置。 只有当我们测量它时,才能确定它是在操场上的某个地方。
爱因斯坦不相信这一点。 有一次,他在散步时问身后的中学生:“你们相信只有看着月亮才真的存在吗?” 也应该是确定性的,而量子热解释似乎并不正确。 而且,很多数学界的同行并不这么认为。 尽管量子热是有史以来最成功的科学理论,但理论和实验结果非常一致。 为了理解这些看似荒谬的量子热结论,化学家还提出了许多不同的推论。 一个著名的推论称为多世界表现,这表明在检测后,之前存在的每一个量子态都将继续存在,但它们位于平行世界中,我们只是看不到它们。 还是用网球来比喻,当我们听到它的时候,它肯定是在操场上,但也可能在别的地方,只不过别的地方的网球是在与我们平行的另一个世界里。
宇宙常数
入选、淘汰、再入选、再淘汰……宇宙常数的历史就这么折腾。
爱因斯坦将宇宙学常数添加到他的广义相对论方程中,以确保宇宙在自身引力作用下既不会膨胀也不会收缩。 随后,到了20世纪20年代,英国天文学家埃德温·哈勃等人发现宇宙实际上正在膨胀,导致爱因斯坦放弃了宇宙常数的概念,他认为这是“他一生中最大的错误”。
但到了20世纪90年代,天文学家通过观测发现,宇宙的膨胀实际上正在加速,而加速膨胀背后的力量被称为“暗能量”。 化学家再次引入了宇宙学常数,认为暗能量是一种宇宙学常数,可以起到与引力相反的作用。
唯一的问题是,二十多年过去了,人们还没有弄清楚宇宙常数(暗能量)的来源。 目前最好的猜测是,宇宙常数是真空能量的一种形式,是真空中无数转瞬即逝的粒子的贡献。 然而,化学家根据量子理论引入的真空能量密度约为每立方分米1094克。 而且,根据他们对宇宙膨胀的观测,他们得到的结果只有每立方分米10-29克。 也就是说,宇宙学常数的理论值实际上是观测值的10123倍。 到目前为止,化学家还没有弄清楚如此大的差异是如何产生的。
无尽的
物理学家相信无穷大的存在,他们也认为不仅无穷大依然存在,而且无穷大有很多种。 但对于化学家来说,无穷大无疑是一种痛苦。 每当它出现在数学理论中时,它往往会毁掉这个理论。 例如,化学家试图统一电磁力和弱核力,但他们的公式总是有无穷大的结果,这使得计算变得不可能。 化学家花了几六年的时间才终于找到解决这个问题的正确物理方法。 如今,黑洞和大爆燃之前的宇宙都具有密度无限大的“奇点”,这仍然阻碍着引力理论和量子理论的统一。
一些化学家已经受够了无限。 他们觉得宇宙中可能不存在真正的无限,这些被认为无限的东西可能只是近似于无限。
时间
关于时间,你可能会觉得时间在不断地从过去流向未来,但这显然是你的大脑形成的错觉。 自20世纪初爱因斯坦提出相对论以来,数学中的时间概念就得到了明确的表达:时间不会流逝,客观的过去和客观的未来都不存在。
除了这个矛盾之外,相对论和量子热中描述时间的方法也不同。 根据相对论,时间和空间密切相关,都是相对的概念。 例如什么是物理学概念,物体移动得越快,时间流逝得越慢。 但量子热认为存在绝对时间。
如何解决这个矛盾呢? 大多数化学家的回答可能仍然是:“闭嘴,估计一下!” 然而,一些化学家仍在研究如何解决这个计时问题。 一种观点是,我们只需要对过去、现在和未来给出更好的数学定义,很多问题就可以得到解决。 这种观点正确吗? 只有时间才能告诉我们答案。