爱读书 探索 2020年物理学5大革命性发现,从黑洞信息悖论到时间之谜

2020年物理学5大革命性发现,从黑洞信息悖论到时间之谜

2020年物理学5大革命性发现,从黑洞信息悖论到时间之谜-爱读书

你可能已经听说过最早的“隔离天才”的故事,艾萨克·牛顿为了躲避瘟疫,彻底革新了数学和物理学。在像2020年这样的流行病肆虐之年,人们自然希望看到一些类似的希望。也许另一个奇才的想法正被给予时间和空间来孕育,谁知道会有什么奇迹在等待着他。

在牛顿的时代,隔离意味着,除了一棵苹果树,几乎没有什么东西可以做伴。但更重要的是,科学本身从那时起已经完全改变了。直到大约一个世纪前,一位孤立的思想家才有机会引发一场全面的知识革命。现在,最大的问题(理论问题)往往只会在全球学者团队的齐心攻克下才会有成效。

然而,令人震惊的是,今年有两个这样的团队在可能引发物理学下一次革命的理念上取得了重大进展。这些研究人员已经逐步解决了理论物理学中最诱人、最顽固的问题,即斯蒂芬·霍金的黑洞信息悖论。正如牛顿最终证明了拉住树上苹果的引力与使月球在轨道上运行的力是一样的,这些科学家们梦想着将阿尔伯特·爱因斯坦关于引力的观点与量子力学的粒子和场结合起来。虽然实现这个目标还需要一段时间,但牛顿也花了20多年时间才出版了他的杰作《原理》。希望在这疫情肆意的一年里播下的智力种子(黑洞信息悖论和量子纠缠,虫洞和全息图),有一天会结出辉煌的果实,这并不疯狂。

黑洞信息悖论研究进展

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关于黑洞信息悖论,降为说就是:物质落入黑洞,随着时间的推移(很长很长一段时间),黑洞“蒸发”。但落入黑洞的物质发生了什么?根据万有引力定律,它消失了,它的信息永远消失了。但根据量子力学的规则,信息永远不会丢失。因此,悖论出现了。今年,一系列重量级的计算表明,信息一定会以某种方式泄露出去,尽管它是如何泄露出去的仍然是个谜。黑洞理论不再包含使其自相矛盾的逻辑。但仍有许多令人困惑的地方,甚至连物理学家自己也感到困惑。就理解黑洞而言,这充其量只是开始的结尾。

物理学家创造了室温超导体

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悬浮的火车,无损的电力传输,完美的能源储存,室温超导性的蓝图已经满足了许多乌托邦式的梦想。纽约罗彻斯特大学的一个研究小组报告称,他们以氢原子晶格为基础创造了一种材料,这种材料显示了在大约15摄氏度下超导的证据,这个温度大约相当于一个寒冷房间的温度。唯一的问题是,它只有在材料被加压到接近地核的压力才会起作用。乌托邦将不得不等待。

时间之谜的新答案

当你问一般的理论物理学家关于时间的本质,他们可能会说时间的流动是一种幻觉。根据爱因斯坦的广义相对论,在一个“块宇宙”中,空间的三个维度和时间的一个维度交织在一起,这个“块宇宙”包含了整个过去、现在和未来。爱因斯坦在1955年去世前几周写道,“过去、现在和未来之间的区别只是一个顽固的错觉。”然而,一个关于时间的新观点(一个来自于一个关于数学的旧观点)可能会为我们走出这个封闭宇宙的监狱提供一条出路。

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天文学家发现了快速射电暴的来源

一个耀眼的宇宙闪光灯结束了一个持久的天文学之谜。自2007年首次发现快速射电暴以来,一直没有得到解释。快速射电暴是一种只持续几毫秒的远距离无线电波。天文学家已经想出了太多的理论来解释什么是宇宙中最强大的射电源。在4月一个宁静的早晨,一场爆炸照亮了地球上的望远镜,这使得研究人员可以追踪它的来源,追溯到曾经有天体发射x射线的那部分天空。天文学家得出结论,这一现象的背后是一颗被称为高度磁化的中子星。

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存在第三粒子王国的有力证据

宇宙分裂成两种粒子:玻色子或费米子。但如果你创造一个玩具宇宙,一个只有两个空间维度而不是我们熟悉的三维空间,粒子行为的规则就会改变。在这个二维宇宙中,拓扑规则允许第三种粒子存在,即所谓的任意子。早在20世纪80年代,人们就首次预测出了任意子,但直到今年,实验才最终证实了它们的存在。

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巨大的磁场可以解开宇宙之谜

目前宇宙学中最大的谜团与哈勃常数有关,哈勃常数是宇宙膨胀速度的量度。早期宇宙的数据预测了一个值。来自现代宇宙的数据预测了另一种可能性。造成这种差异的原因是什么?宇宙学家没有穷尽的想法,但有一个被忽视的可能性是,在宇宙诞生之时,磁场可能存在。支持这一假设的关键证据是,天文学家发现了宇宙中已知的最大磁场——1000万光年的磁化空间渗透在星系团之间的空隙中。如果不是大爆炸本身,它会从哪里来呢?

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