基础物理学五大发现:发现大爆炸完全是偶然事件

基础物理学五大发现:发现大爆炸完全是偶然事件
2017年11月03日 07:55 新浪科技

  新浪科技讯 北京时间11月3日消息,据国外媒体报道,当你讲解科学方法时,你会考虑到使用最好的方法洞悉宇宙的一些自然现象。首先基于一些理论观点,然后进行相应的实验,实验结果可能验证了之前的理论观点,也有可能与理论观点相背。然而真实的世界将远比研究人员预想的更加复杂,有时你做的科学实验结果完全与预期不同,有时,正确的解释需要飞跃性思维,超出人们理性的逻辑观点。现今的宇宙物理学仍很难理解,但是科学家们的致力探索带来了一些惊喜,如果你希望进一步探索,会获得更多的发现。以下是令人惊奇的五项基础物理学发现:

迈克尔逊设计了一种干涉仪,用于测量地球穿过“以太(aether,是一种曾被假想的电磁波的传播媒质)”时的运动状况,而不是证实爱因斯坦的狭义相对论。  迈克尔逊设计了一种干涉仪,用于测量地球穿过“以太(aether,是一种曾被假想的电磁波的传播媒质)”时的运动状况,而不是证实爱因斯坦的狭义相对论。

  1、当增强光的来源时,光速并不会发生改变。想像一下,你以最快速度投掷一个球,球的速度取决于你运动速度。仅使用手臂投掷,球速可以达到100英里/小时(45米/秒);如果你在火车或者飞机上投掷球,球速会更快,达到300英里/小时(134米/秒)。如果在火车内以火车行进的相同方向投掷球,球速会达到多快呢?实验表明球速会在火车速度的基础上增加,达到400英里/小时(179米/秒)。目前,你想像一下,如果你不是投掷球,而是发射一束光,按照人们常规思维会认为,在火车内以火车行进的相同方向发射一束光,“真实光速”应该会提升。然而这将是一个完全错误的答案。

  实际上你所做的实验是爱因斯坦狭义相对论的核心观点,这并不是爱因斯坦进行的实验发现,而是科学家阿尔伯特·迈克尔逊(Albert Michelson),他在19世纪80年代进行的实验中证实了这一情况。无论是保持地球运转相同方向、垂直方向、反平行方向,发射的光束速度都不会产生差异,光速始终保持相同速度:c=299792458米/秒,即:光波或电磁波在真空或介质中的传播速度。

  迈克尔逊设计了一种干涉仪,用于测量地球穿过“以太(aether,是一种曾被假想的电磁波的传播媒质)”时的运动状况,而不是证实爱因斯坦的狭义相对论。因其设计精密光学仪器,以及借助该仪器在光谱学和度量学的研究工作中所做巨大贡献,迈克尔逊被授予1907年度诺贝尔物理学奖,他的研究成果也是科学史上一项最重要的发现。

欧内斯特?卢瑟福在超薄的金箔上放射性衰变发射高能带电粒子,之前他信心十足地期待所有粒子都会穿过,许多人都会这样认为,但是实验结果出乎意料。  欧内斯特?卢瑟福在超薄的金箔上放射性衰变发射高能带电粒子,之前他信心十足地期待所有粒子都会穿过,许多人都会这样认为,但是实验结果出乎意料。

  2、原子99.9%的质量集中在一个非常致密的原子核中。你听过关于原子的“葡萄干布丁模型”吗?现今这种理论观点听起来很奇特,但在20世纪是被人们普遍接受的,当时科学家认为原子是一个混合结构——负电荷(其特征像葡萄干)嵌入遍布太空环境的正电荷介质(其特征像布丁)。电子可以被剥离或者窃取,从而解释了静电现象。多年以来,J.J。汤姆森(J.J。 Thomson)提出的“葡萄干布丁”复合原子模型被人们所接受。直到欧内斯特·卢瑟福(Ernest Rutherford)实验推翻了该模型理论,卢瑟福在超薄的金箔上放射性衰变发射高能带电粒子,之前他信心十足地期待所有粒子都会穿过,许多人都会这样认为,但是实验结果出乎意料。卢瑟福指出,这是我一生中遇到最不可思议的事情,这就像你发射一枚15英寸口径炮弹射击在一张纸上,炮弹却又朝向你反弹射过来。

  卢瑟福所发现的是原子核,事实上包含一个原子的所有质量,限定在原子千万亿分之一的体积之中。这项研究代表着现代物理学的诞生,它为20世纪量子进化论奠定了基础。

中子转化为质子、电子和反电子中微子,是衰变过程中能量非守恒的“根源”。中子转化为质子、电子和反电子中微子,是衰变过程中能量非守恒的“根源”。

  3、“消失能量”导致发现极小、接近无形的微粒。在我们所看到所有粒子之间的交互作用中,能量总是处于守恒状态。它可以从一种类型转换至另一种类型——势能、动能、静止质量(狭义相对论中的质量)、化学能量、原子能、电能等,但是这些类型的能量从来不会制造或者毁灭。近百年来,科学家对此感到迷惑不解,他们发现一些放射性衰变会使总能量轻微减少。丹麦物理学家波尔假设能量始终保持守恒,除非当能量损失的时候,但是波尔的假设理论是错误的,理论物理学家泡利提出了其它理论观点。

  波尔主张能量必须保持守恒,所以他在1930年提出存在一种新粒子——中微子。这种“微小的中性粒子”不会产生电磁交互作用,而是会有一个极小质量,并携带动能。然而许多人对此持怀疑态度,上世纪50-60年代核反应产物的实验最终探测到中微子和反中微子,这将帮助物理学家们建立标准模型和弱核交互作用模型。这是一个惊人的例子,一旦研制适当的实验技术,理论预测有时会产生巨大的进步。

1912年,科学家维克多?赫斯(Victor Hess)进行了气球运载实验,其目的是搜寻高能量宇宙粒子,在实验中他很快发现了大量的粒子,并成为了“宇宙射线之父”。  1912年,科学家维克多?赫斯(Victor Hess)进行了气球运载实验,其目的是搜寻高能量宇宙粒子,在实验中他很快发现了大量的粒子,并成为了“宇宙射线之父”。

  4、我们所接触的所有粒子都有高能量、不稳定“近亲”。如果你对一个验电器充电,它的两个传导金属叶片会连接至另一个导体,两个叶片将获得相同的电荷,最终会排斥对方。如果你将验电器放置在真空中,金属叶片将不会放电,但随着时间的推移,最终会电荷流失。我们对这种放电的最好理解是,高能量粒子从外太空、宇宙射线释放碰撞地球,碰撞的产物导致验电器放电。

  1912年,科学家维克多·赫斯(Victor Hess)进行了气球运载实验,其目的是搜寻高能量宇宙粒子,在实验中他很快发现了大量的粒子,并成为了“宇宙射线之父”。通过构造一个带有磁场的探测室,你可以依据粒子轨道曲线测量速度和质量比率,质子、电子,甚至是反物质的第一个粒子都可以通过这种方法被探测到。1933年,科学家保罗·库泽(Paul Kunze)在实验中获得了最大发现,他在研究宇宙射线的时候发现了粒子的轨道就像电子一样……并且比预期的重数百倍!

  μ介子的寿命仅2.2微秒,之后是由卡尔·安德逊(Carl Anderson)和他的学生赛斯·内德梅耶(Seth Neddermeyer)在实验中证实和探测到的。物理学家I.I。拉比因发现核磁共振而获得了诺贝尔物理学奖,他发现了μ介子的存在。后期科学家们陆续发现了复合粒子(例如:质子和中子),以及基础粒子(例如:夸克、电子和中微子),这些粒子的质量都较重,μ介子成为迄今发现首个“第二代粒子”。

宇宙诞生于大爆炸,但是发现大爆炸完全是偶然事件。宇宙诞生于大爆炸,但是发现大爆炸完全是偶然事件。

  5、宇宙诞生于大爆炸,但是发现大爆炸完全是偶然事件。上世纪40年代,物理学家乔治·伽莫夫(George Gamow)和他的合作者提出了一项激进观点:现今宇宙膨胀和冷却并非是由于过去炽热和密集,而是反复无常的结果。如果你大胆追溯推测,你会发现足够炽热的宇宙能够电离其内部所有物质,而在更遥远的区域还会分裂原子核,这是他提出的“大爆炸”理论,该观点还形成两个重要预测:一是我们的宇宙最初并不仅是由质子和电子组成的物质,而是由混合的光元素构成,在高能量早期宇宙中融合在一起;二是当宇宙冷却至足以形成中性原子的时候,高能辐射就会被释放出来,并沿着一条直线永恒传播,直至它与某些物体发生碰撞,随着宇宙的膨胀而发生红移和失去能量。

  “宇宙微波背景(cosmic microwave background)”是在绝对零度之上的几度条件下预测其存在的,1964年,科学家阿诺·彭齐亚斯(Arno Penzias)和鲍勃·威尔逊(Bob Wilson)偶然间发现大爆炸余辉,他们在贝尔实验室里用无线电研究雷达,发现天空中遍布均匀的噪音,这些噪音并非来自于太阳、地球大气层以及银河系,对此他们感到十分困惑。因此他们用拖把清除了实验室内部的天线,消除了实验过程中产生的杂波,但是噪音仍然存在。直到将研究结果送至他们熟悉的普林斯顿大学研究小组(迪克、皮布尔斯、威尔逊等科学家组成),他们使用辐射计对这种类型的信号进行精确勘测,识别发现这些噪音的重要性,这是首次证实我们宇宙的起源。(叶倾城)

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