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八大数学预言

发布日期:2021-09-25 01:47浏览次数:
本文摘要:1781年,在天文学家用望远镜找到天王星之后,他们渐渐找到这颗行星 的运营轨道与开普勒和牛顿定律预测 的有所背离。当时,科学家坚信未知定律是 完全正确 的,那么只有一种可能性:在天王星附近不存在其它 的物质产生了额外 的引力。 之后,天文学家约翰·柯西·亚当斯和奥本·尚能·约瑟夫·纳维耶独立国家经过详尽 的数学计算后预测,在天王星之外还不存在着另一颗行星影响着天王星 的轨道。他们不仅计算出来出有了这颗行星 的方位,还求出了它 的质量。

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  1781年,在天文学家用望远镜找到天王星之后,他们渐渐找到这颗行星 的运营轨道与开普勒和牛顿定律预测 的有所背离。当时,科学家坚信未知定律是 完全正确 的,那么只有一种可能性:在天王星附近不存在其它 的物质产生了额外 的引力。

之后,天文学家约翰·柯西·亚当斯和奥本·尚能·约瑟夫·纳维耶独立国家经过详尽 的数学计算后预测,在天王星之外还不存在着另一颗行星影响着天王星 的轨道。他们不仅计算出来出有了这颗行星 的方位,还求出了它 的质量。1846年,天文学家约翰·格弗里恩·伽勒在勒维耶应验 的方位将近1度 的地方找到了海王星。

  19世纪60年代,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦书写了将电、磁、光统不属于电磁场中现象 的麦克斯韦方程组。方程组叙述了4种由实验确认 的现象:第一,电荷不会在它们周围 的空间中产生电场;第二,磁极总是 成对经常出现;第三,变化 的磁场不会产生电场;第四,电流不会产生磁场,变化 的电场也能产生磁场。他 的电磁理论后来被写了微分方程 的形式,这是 叙述真实世界 的最重要 的微分方程。

当电磁理论 的微分方程组精妙地融合在一起时就像魔法一样产生了对电磁波 的数学叙述,还包括了电磁波 的形状、大小和速度信息。麦克斯韦到最后也不告诉自己应验 的电磁波到底是 现实不存在,还是 只是 他 的想象力在数学 的引领下虚构出来 的产物。在麦克斯韦去世将近10年后,物理学家海因里希·赫兹才在他 的实验室中首次证明了电磁波 的不存在。

  引力理论让我变为了一个有信仰 的理性主义者,一个在数学 的简洁性中找寻唯一可信真理来源 的人。  ——阿尔伯特·爱因斯坦  1915年,阿尔伯特·爱因斯坦公开发表了全新 的引力理论——广义相对论,并写了知名 的场方程Gμν=8πTμν。方程 的左边包括了与物质和能量如何倾斜时空几何有关 的信息,右边则叙述了引力场中 的物质运动。

场方程可以被分解成一系列微分方程。就在新的理论明确提出 的6个月后,爱因斯坦通过微分方程组找到了对如今我们称作“引力波” 的物理对象 的叙述。

引力波可以形象化地解读成时空结构中 的涟漪。比起于电磁波,引力波更为无法观测,直到2015年,科学家才首次观测到引力波。  1916年,在研究了爱因斯坦场方程后,卡尔·史瓦西寻找了方程 的第一个也是 最重要 的准确解法,应验了一个连光都无法脱逃其引力 的天体——黑洞 的不存在。事实上,早在18世纪,皮埃尔–西蒙·拉普拉斯和约翰·米歇尔就设想过类似于天体 的不存在,但广义相对论毫无疑问获取了更加生动且数学上更加准确 的叙述。

虽然黑洞本身不闪烁,但环绕在它周围或被毁灭 的物质不会曝露其下落。2019年,事件视界望远镜团队发布摄制到了星系中央 的超大质量黑洞 的第一张照片,其性质与广义相对论 的应验完全一致。

  数学与物理学之间或许不存在着某些深层联系。我会这样叙述它们之间 的关系:上帝是 一位数学家,他之所以以这样 的方式建构物理世界,是 为了让动人 的数学之花上在其中盛开。  ——保罗·狄拉克  1927年夏天,有时被称作“理论学家 的理论学家” 的保罗·狄拉克深度思维了一个非常简单 的问题:同时合乎量子力学和狭义相对论这两个理论 的对粒子 的最简单数学叙述是 什么?几个月后,他获得了答案,他运用了一个物理学家此前从未见过 的简练方程就能以与狭义相对论和量子力学都相符 的方式刻画电子。

之后,他认为这个方程可以证明一种新的粒子 的不存在,他称作“正电子”,这种粒子与电子质量完全相同、电荷忽略。1932年,实验学家卡尔·安德森在加州理工学院 的类似探测器中找到了正电子。

维尔纳·海森堡后来称之为反物质不存在 的顺利应验“也许是 20 世纪所有物理学进步中仅次于 的一次”。  1964年,彼得·希格斯与其他几位物理学家企图解读粒子 的质量起源之谜。他们明确提出,空间之中应该弥漫着一个无形 的场,粒子通过与场 的起到可以取得质量。

与这个场有关 的粒子被称作“希格斯玻色子”。这是 一个纯粹由数学推理小说应验出有 的粒子。

2012年,多年 的希望下,千人团队 的科学家再一在世界上最强劲 的粒子加速器——大型强子对撞机中证实找到了希格斯玻色子。这一找到使整个基础物理学圈子都洋溢着悲观 的情绪,因为它 的找到标志着20世纪粒子物理学 的落幕,这段漫长历史始自19世纪90年代末电子 的找到。

  “我们聆听大自然 的方式不仅还包括注目实验,还包括希望解读这些结果如何能被最深奥 的数学结构所说明。你可以这么解读:宇宙用数字向我们诉说着它 的奥秘。

”  ——阿尔卡尼 – 哈米德  1917年,爱因斯坦基于广义相对论明确提出了一个均匀分布 的、静态 的宇宙,标志着现代宇宙学 的开端。1922年,亚历山大·弗里德曼在解法爱因斯坦场方程时,获得了非静态 的宇宙解法。他 的解法可以叙述一个收缩或膨胀 的宇宙。1927年,在观测证据 的反对下,乔治·勒梅特指出我们 的宇宙是 收缩 的。

收缩 的宇宙意味著在很远 的过去,宇宙有一个开端。勒梅特后来将宇宙初始 的、炙热 的状态称作“具体化原子”。之后,这一思想也被称作大爆炸。1965年,天文学家车祸地找到了宇宙微波背景电磁辐射,这是 大爆炸理论最强有力 的证据。

  上个世纪,一些理论物理学家发展了知名 的弦论,他们假设宇宙中 的基本粒子实质上是 由大于 的弦包含 的, 企图以此在最细致 的层面上对大大自然展开统一 的叙述。但这一理论并非架构在我们熟知 的四维时空(三个空间维度和一个时间维度)中 的,而是 十维中 的。除了可以通过广义相对论叙述 的四个时空维度外,另外六个维度以极为简单 的几何结构卷曲在一起(其中一维用作叙述电磁力,另外五维用作叙述起到于亚原子尺度 的核力),叙述这六维所须要 的空间被称作卡拉比-丘流形。但到目前为止,实验家还不曾找到任何不存在额外维度不存在 的证据。

  从2014年夏天开始,数学家和物理学家更加讨厌用“物理数学”这个术语。那年,全球弦论研究圈年度聚会最后一天 的下午,物理学家格雷格·穆尔在普林斯顿大学公开发表了“愿景讲话”。

穆尔在台上踱着步明确提出了他 的观点:物理数学这门学科是 物理学和数学 的孩子,但它“有自己 的特性、目标和价值”。他提及,虽然这门学科早已获得了很多顺利,但它仍要面临数项极大挑战,其中有许多还非常基础:“我们仍旧不解读量子场论和弦论。” 穆尔提及,这两门理论都产生了大量新的数学思想,这意味著我们还必须数十年甚至数百年才能几乎掌控这两个领域 的科学知识。

他意识到,虽然物理数学获得了很多顺利,但它总是 因父母 的维护而备受排挤:它问世于一场“不平稳 的联姻”,而它 的价值对很多科学家来说也是 “恶魔”。人们希望物理学家了解理解现实世界,期望数学家潜心钻研柏拉图世界。

许多权威专家都视“不分长短地同时研究这两个世界”这种点子为洪水猛兽(最少内心是 这么实在 的)。


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