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探索世界基本定律:物质、能量与信息的奥秘

更新时间:2024-07-28 文章作者:佚名 信息来源:网络整理 阅读次数:

基本定律塑造了整个世界,但在现实中,除非你是牛顿、爱因斯坦那样“爱钻牛角尖”的天才,否则基本不可能发现它们的存在。zve物理好资源网(原物理ok网)

这些基本定律就像上帝为我们设定的齿轮,在幕后缓缓转动能量守恒,控制着世界乃至整个宇宙。zve物理好资源网(原物理ok网)

但还有一个基本规律人类还没有明白,那就是信息,与物质和能量相对应的是信息。zve物理好资源网(原物理ok网)

能量守恒zve物理好资源网(原物理ok网)

物质是不可毁灭的zve物理好资源网(原物理ok网)

“世界是由物质构成的。”这句话我们听过几百遍了。物质到底是什么?这个词既有科学意义,也有哲学意义,最早思考物质定义的不是科学家,而是哲学家。zve物理好资源网(原物理ok网)

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在哲学中留学之路,物质是指与精神相对立的事物,只要不是只存在于大脑意识中,而是实际存在于世间的东西,都可以称为“物质”。zve物理好资源网(原物理ok网)

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在这个定义下,一切粒子、光、声、波、场、能量,甚至空间和时间,都可以视为物质。在辩证唯物主义中,世界的统一性在于它的物质性。zve物理好资源网(原物理ok网)

科学家如何看待物质?zve物理好资源网(原物理ok网)

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在古典物理学和化学中,物质是任何具有质量、占有一定体积的空间、由原子和分子按照一定的规则或形式结合而成的物体。zve物理好资源网(原物理ok网)

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这句话虽然很长,但是需要注意的是,科学其实并没有给物质一个明确的定义,只是给出一个笼统的定义,比如物理学中定义的物质,通常是夸克和轻子组成的物体,而光子和玻色子在物理定义上通常不被认为是物质。zve物理好资源网(原物理ok网)

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按照E=mc²,也就是质能等价(mass-),物质是不可毁灭的,也就是物质是无限的、永恒的、绝对的。zve物理好资源网(原物理ok网)

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显然,一杯水可以因高温而蒸发,原子核可以被中子浓缩,然后分裂成更多的中子。前者“消失”了,成为新的物质。为什么我们还说物质不灭呢?这就不得不提到质量守恒定律了。zve物理好资源网(原物理ok网)

质量守恒zve物理好资源网(原物理ok网)

根据教科书:zve物理好资源网(原物理ok网)

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对于任何物质和能量的所有转移都是封闭的系统(封闭系统),系统的质量必须随时间保持不变;而由于系统的质量不能改变,系统的量不能增加或减少。因此,质量的量不会随时间而改变,而是守恒的。zve物理好资源网(原物理ok网)

该定律旨在表明宇宙中的所有质量都是恒定的,既不能通过毁灭而产生,也不能通过毁灭而减少。zve物理好资源网(原物理ok网)

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我们前面提到的水蒸发“消失”到空气中,微观世界的核裂变,并没有造成物质和能量的消失,而只是将物质和能量从原来的组合中分离出来,并通过某种特定的方式在空间重新排列。zve物理好资源网(原物理ok网)

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虽然它们的外表已经完全改变,但实际上构成它们的粒子并没有消失,只是发生了变化。zve物理好资源网(原物理ok网)

该定律不仅在经典力学中得到证明,而且在量子力学和狭义相对论中也得到解释:能量和质量形成守恒量。zve物理好资源网(原物理ok网)

值得注意的是,质量守恒定律强调封闭系统,因为在允许各种物质和能量进出的开放系统中,质量通常不守恒。zve物理好资源网(原物理ok网)

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其次,在广义相对论中,质量和能量并不严格遵循守恒定律。别忘了人类还未观测到的暗能量,根据已知理论,暗能量可能也不守恒能量守恒,它会随着宇宙的膨胀而膨胀。zve物理好资源网(原物理ok网)

可见,物质与能量之间的关系是互相依存、互相影响的,那么信息是否也同样如此呢?zve物理好资源网(原物理ok网)

信息被保存了吗?zve物理好资源网(原物理ok网)

由于宇宙中存在黑洞,信息的情况更加复杂。无论是经典物理学还是量子物理学,都有一个核心原则,即系统在某一时刻的状态原则上应该决定它在任何其他时刻的状态。zve物理好资源网(原物理ok网)

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然而,黑洞的存在却违背了这一原理。黑洞创造了一个时空区域,任何物质都无法从中逃脱。这意味着我们永远不会知道黑洞最初是什么样子。黑洞作为一种物质的初始状态信息由于其自身特性而永远丢失。zve物理好资源网(原物理ok网)

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理论上,信息也应该守恒,但根据霍金辐射,黑洞将会消失,这违背了刘维尔信息守恒定律的预言,导致了物理悖论。zve物理好资源网(原物理ok网)

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