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楼主: henryharry2

[建议] 量子引力和宇宙论2

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 楼主| 发表于 2016-9-16 05:30:43 | 显示全部楼层

弹球游戏

量子宇宙中有两条守恒定律:能量守恒定律和费米子数守恒定律。能量守恒定律显然是与玻色子有关的,因为玻色子携带能量;每天无数的实验和观测都在验证着费米子数守恒定律。所以宇宙很像是弹球游戏,费米子代表圈,玻色子代表弹球,当圈被弹球撞上之后,转上一些圈,然后再将弹球甩出去,费米子退回到基态。假设宇宙是封闭的,那么这些弹球永远跑不出宇宙,只不过是宇宙过于空旷,使得弹球再次撞上费米子的概率小了一点,局部看来热力学第二定律似乎可以成立。费米子是不会死寂的,所以“热寂说”纯粹就是逼大胡话,反正理论物理学界已经是谎言满天飞,再多一条逼大胡话已经无关痛痒。
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 楼主| 发表于 2016-9-19 05:21:59 | 显示全部楼层

无所事事

假如宇宙热力学第一和第二定律分别是能量和动量守恒定律的话,我们甚至有可能将“热力学”三个字去掉,直接称其为宇宙第一和第二定律。广义相对论破坏了能量-动量守恒定律,与规范原理冲突。而宇宙第一和第二定律不仅恢复了能量-动量守恒定律,并且和规范原理有内在联系,动量是规范联络的一种表述方式。宇宙有些像官场,费米子们在没有接受到玻色子携带的能量的时候,便无所事事;当费米子中间存在玻色子携带的能量的时候,它们便互相踢皮球。
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 楼主| 发表于 2016-9-21 05:14:47 | 显示全部楼层

荒唐

用类比的笨办法可以看出目前太阳发电机理论的问题。地球自转周期是一天,一年有4季;太阳的自转周期是27天,磁场周期是22年;这里似乎存在个类比关系。地球的四季变化是由于地球相对于太阳的自转轴有个偏角造成的,地球两极的白昼和极夜与太阳两极的磁极有对应关系。地球的热带气旋和太阳黑子有对应关系。很明显,要造成太阳磁场的周期变化,必须有个什么东西相对于太阳运动,经典物理是行不通的,在太阳内部另立中央是不可能的。因此,携带太阳磁场的必定是自旋,太阳内部有个自旋体造成了太阳磁场的周期变化。
太阳的差旋层只是起到一个坐标的作用,正如地球的赤道起到了一个坐标的作用一样,但是若认为地球自转相对于太阳有个偏角因而会消耗地球的自转能,显然是荒唐的。地球的大气层也是个忙碌的发电机,每半小时给地球充一次电,地球大气层发电机使用的是对流的能量。因此,太阳发电也应该利用的应该也是大气中涨落的能量,比如说米粒的能量,事实证明确实如此,太阳总磁通量几乎全部是太阳小尺度磁场贡献的。这些小尺度磁场有时候会集结成一个大的并且磁场很强的自旋体,就是太阳黑子。
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 楼主| 发表于 2016-9-23 06:28:42 | 显示全部楼层

涨落致有序

我认为,木星和土星的纬向环流显然是涨落致有序的例子。考虑对径点,运动方向是相反的,x↔—x,相当于空间反演变换自动劈裂的情形,也就是爱因斯坦项;但是对于自转来说,对径点上的运动实际上是同一个方向上的,也就是说,空间反演劈裂后又粘和了起来。这个简单的例子暴露了现有理论框架的一系列问题。
首先,这完全是一个涨落,并且涨落全部被转化成了自转运动的平均值。涨落被放大并且被维持的机制显然与引力有关,也就是与牛顿-庞加莱统计有关。比如说,土星之所以有一个漂亮的光环,与土星的引力场较强有关。按照我们的理论,天体的磁场是自旋引起的,也与引力有关,通常天体的引力场越强,磁场也越强,木卫三是太阳系中唯一拥有磁场的卫星,而木卫三是太阳系中最大的卫星。
其次,质-能关系是普适的,像量子力学一样,涨落驱动的平均值必然要被重新吸收到质量中去。这也反映出广义相对论的不适,这远不是广义相对论要求的那种光滑的空间。这是一个现实版本的“牛顿水桶”,只不过这个现实版的水桶远比牛顿想像的复杂,有时候甚至是“干水”的水桶,而广义相对论是无法处理牛顿水桶的。
第三,这种自转运动并非耗散结构,它携带的自转能量和自转动量,第一不会导致熵增加,第二即使在绝对零度时也是存在的;换句话说,它很像量子力学中的零点能;普里高津认为的只有在耗散结构中涨落才能驱动有序的观点需要修改。
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 楼主| 发表于 2016-9-23 16:07:20 | 显示全部楼层

黑洞中心的奇点问题

事实上,我们也可以直接从量子引力推导出质-能对偶性。牛顿引力的源是质量,和距离成反平方比例的关系;而爱因斯坦引力的源是量子版本的能量-动量:E= ћω,p= ћk,但是量子粒子只有一个方向,而这个源有三个方向,于是乎约化成一个与距离成反立方比的引力。在牛顿力学里,如果没有外力的话,还存在另一个时间上守恒的量。对于单个粒子,这个量定义为N = tp — mx,这里t是时间。
将所有粒子的N值加起来我们就得到系统的总N值,现在x是质心的位置矢量,p是系统的总动量。这个总N值守恒表示质心在做匀速运动。我们要问一个问题:所有这些量在狭义相对论下会怎样?我们还有能量、动量、角动量和质心运动的守恒概念吗?是,尽管我们必须对这些量作正确仔细的定义。由此可见,量子引力和牛顿力学以及狭义相对论是相容的。
至于质量守恒,就另当别论了。在狭义相对论里,能量和质量这两个单独的牛顿守恒定律合并为一个。不过,在量子引力里,总存在一个相对静止的坐标系,只要你跟着天体一起移动就可以了,这不是牛顿的绝对时空,只是局部有定义。这可以克服黑洞中心的奇点问题,只要认为黑洞是匀速运动的或者跟着黑洞移动就可以了。
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 楼主| 发表于 2016-9-24 04:34:11 | 显示全部楼层

低能

哈勃红移的过程是一个使宇宙的熵减小的过程。假设光子失去的能量被转移给了暗物质粒子,暗物质粒子感受不到温度,也不携带熵。对于暗物质而言,自由能里只有一项:F = U,内能增加了,自由能也就增加了。
物理学家们够卑鄙,将大自然描述的很低能,尽管一只耗子用屁股都能想明白:到底是大自然低能、还是物理学家们低能。但正所谓“卑鄙是卑鄙者的通行证,无耻者无畏”,物理学家们仍然在各种媒体上重复、重复、再重复地重复同样的谎言,居心何在?想让全人类都学会贬低大自然?
简单地举一例,你就知道什么叫“地球的力量”,石灰岩是由珊瑚等软体动物死亡后的骨骼日积月累地形成的,但是整个喜马拉雅山脉都是由石灰岩构成。地球的力量就如此强大,那么宇宙的力量呢?试问一句:大自然真的像物理学家们描述的那样低能吗?
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 楼主| 发表于 2016-9-28 06:46:44 | 显示全部楼层

一个古老的力

你大概已经看到了,我们关于自然力的量子讨论还遗漏了一个古老的力,那就是引力。物理学家靠那个方法成功地处理了其他三种力,你可能会建议他们去寻找一个引力的量子场理论——在那个理论中,引力场的最小单元引力子应该是它的信使粒子。乍看起来,这该是一个特别合时宜的建议,因为另外三种力的量子场论告诉我们,在它们与引力的某个方面(我们在第3章讲过)之间存在着诱人的相似。
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 楼主| 发表于 2016-10-2 06:08:05 | 显示全部楼层

那么多矛盾

不过,应该看到,当我们回到寻常尺度(在图5.1中从上往下看),小距离尺度上剧烈的随机涨落会平息下来——像借钱的人把钱还了,银行的账户又干净了——这时,宇宙结构的光滑几何学又变得精确了。我们有过这样的经历:从远处看到的一幅色彩均匀光亮柔和的图画,走近一看,却跟光滑的画面大不相同,原来它不过是一点点色斑,每一点都是分离的。但是你得注意,只有在离图很近,一点点地看,你才会发现它原来是离散的;而从远处看时,它是光滑的。同样,除了在超微观的尺度下,时空结构都表现得很平坦,这也是为什么广义相对论在足够大的距离 (和时间)尺度——与许多典型的天文学问题相关的尺度——能做得很好,而在小距离(和时间)尺度上却产生那么多矛盾。广义相对论核心的光滑和轻微弯曲的几何图像,在大尺度上证实了;但在推向小尺度时,却被量子涨落破坏了。
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 楼主| 发表于 2016-10-3 05:19:13 | 显示全部楼层

广义相对论与量子力学间的冲突

于是我们看到,广义相对论与量子力学间的冲突只是发生在宇宙相当隐蔽的地方;因为这一点,你当然可以问,那些问题值得去忧虑吗? 有些物理学家也很明白那个问题,但他们还是在研究需要的时候,在典型尺度远远超过普朗克长度的问题上,快乐地运用广义相对论和量子力学。而另外一些物理学家则深信,我们那两块物理学基石在根本上就是搭配不起的,并不因为超微观的尺度才暴露问题。他们认为,这个矛盾指出了我们对物理宇宙认识的根本缺陷。这种看法源于一个不能证明然而深人人心的世界观:如果在最深最基本的水平上认识宇宙,宇宙应该能以一个各部分和谐统一、逻辑上连贯一致的理论来描述。不论那矛盾对各人的研究是不是根本性的,有一点是肯定的,那就是,大多数物理学家很难相信,我们对宇宙最深层的认识的理论基础是由两个虽然有力然而搭配不起的数学框架拼接起来的。
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 楼主| 发表于 2016-10-4 05:54:29 | 显示全部楼层

牛顿引力与狭义相对论不相容

问题是这样的:在牛顿引力理论中,一个物体作用在另一个物体上的引力完全决定于两个物体的质量和分开的距离,而与它们相互作用的时间无关。就是说,如果物体的质量和距离变了,则照牛顿的观点,物体将同时感觉它们之间的引力也变了。例如,牛顿理论认为,假如太阳突然爆炸了,那么1.5亿千米外的地球会立刻脱离它寻常的椭圆轨道。即使光从爆炸的太阳传到地需要8分钟的时间,但在牛顿理论中,太阳发生爆炸的消息却 因为引力的突然改变而瞬间传到地球。
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 楼主| 发表于 2016-10-9 05:21:34 | 显示全部楼层

既对立、又统一

既然实际上并不存在准静态过程,那就可以认为只存在动态重整化过程,我们称这样的宇宙模型为准静态宇宙模型。宇宙是无限大的,既不膨胀、也不收缩,确实是准静态的,不过局部引力会使物质聚集。假如引力使宇宙的熵减小,那么就需要一个使宇宙的熵增加的过程来维持平衡,熵增加过程在热力学里是早已熟知的了。可见,熵增加过程可以起到排斥力的作用,它们可以取代爱因斯坦的宇宙学项,实现爱因斯坦想得到的结果。
动态重整化使宇宙跳高了一维,多出了一个抽象的维度。在准五维时空里看,引力使物质堆积,引力的性格像山;熵增加过程使物质趋于分散,熵增加过程的性格像水。正所谓“仁者乐山,智者乐水。” 用辩证法的语言来说,引力和熵增加过程是既对立、又统一的一对动态重整化过程。
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 楼主| 发表于 2016-10-9 16:01:56 | 显示全部楼层

宇宙是无限大的

1592年,布鲁诺在威尼斯被捕入狱,在被囚禁的八年中,布鲁诺始终坚持自己的学说,最后被宗教裁判所判为“异端”烧死在罗马鲜花广场。布鲁诺的主要著作有《论无限宇宙和世界》,书中捍卫哥白尼的日心说,并明确指出:“宇宙是无限大的”,“宇宙不仅是无限的,而且是物质的”。还著有《诺亚方舟》,抨击死抱《圣经》的学者。
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 楼主| 发表于 2016-10-10 05:26:04 | 显示全部楼层

论无限宇宙和世界

《论无限宇宙和世界》是意大利的一本图书,作者是布鲁诺。《论无限宇宙和世界》一书中,发展了哥白尼的宇宙结构。认为宇宙是无限的(“宇宙是无限大的,其中的各个世界是无数的”),太阳是众多的(“恒星并不是镶嵌在天穹上的金灯,而是跟太阳一样大、一样亮的太阳“)等等。
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 楼主| 发表于 2016-10-10 10:53:02 | 显示全部楼层

心情舒畅了一些

我们的宇宙属于哪一种模型?实际上,直接测量与估算宇宙的平均密度复杂而困难,能够估算的,顶多也只是可见物质构成的星体对平均密度的贡献。反之,从现有的天文观测资料,天文学家们得到大范围内的宇宙是基本平坦的结论。这个平坦无限然而动态的宇宙图景,总算让人们心情舒畅了一些。
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 楼主| 发表于 2016-10-10 15:35:03 | 显示全部楼层

实验传统

牛顿则将上帝当做一种推动力,一个伟大的工匠,不断修理着他创造的这个钟表。虽然牛顿并没有把上帝排除在外,但是实际上上帝的角色已经大大的发生了变化。莱布尼茨那里的上帝干脆变的无所事事,创造了这个完美的世界之后就不在干预了。而直到拉普拉斯,上帝甚至已经可以不出现了。我们可以看到,上帝的退场实际上也是意味着这种价值观念的解体和经验科学逐渐呈现出一种独立的学科而呼之欲出。在排除了与事实无关的价值观念之后,科学不仅抛弃了不必要的形而上学的争论,转而进入了由伽利略开创的实验传统。上帝的退场和“地位”的降低实际上是真正的保证了完美、和谐的价值观念的解体和消亡。
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 楼主| 发表于 2016-10-11 04:55:08 | 显示全部楼层

转向到经验世界

实际上,在这个世界观的巨大变革中,人们思考的框架也开始了巨大的变化。不仅仅是上帝的退场,和谐有序价值体系的退出。人们也开始逐渐摒弃无意义的形而上学争论,从而将注意力转向到经验世界。人们的思想框架早已经从当初的“封闭世界”跳到了“无限世界”之中。伴随的也是思想观念和框架从“封闭”转变为“无限”中来。
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 楼主| 发表于 2016-10-14 07:08:10 | 显示全部楼层

红矮星

Olbers假设,宇宙在空间上是无限大的,在牛顿物理学中的确总是这样。如果恒星有年龄限制,则佯谬可以得到合理的解释。在68颗靠近太阳的恒星中,光谱型M的星有50颗,占百分之73.5。离太阳最近的比邻星就是一颗红矮星,其光谱分类为M5,视星等11.0。一颗红矮星的寿命可多达数百亿年,甚至数千亿年。不妨按照大爆炸理论的逻辑,假设宇宙中的所有恒星都是同时创生的,那么离我们数千亿光年以外的恒星,当我们看到它们的光时,它们实际上早已经熄火了,所以不会产生Olbers佯谬。
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 楼主| 发表于 2016-10-16 12:49:05 | 显示全部楼层

自旋

我认为,绕过反发电机定理制约的最好办法是自旋;自旋和磁偶极矩是轴矢量,轴对称不仅不会压制自旋,反而有利于自旋,观察到的磁螺度是自旋的一种表现形式。这有利于统一考虑各种天体的磁场,木星和土星也有较差自转,但木星和土星存在磁场的主要原因显然不是它们的较差自转。因此认为太阳的磁场是较差自转产生的,可能把原因和结果弄颠倒了。
白矮星和中子星的发电过程必定已经停止,不可能存在一个梯度场来驱动电流,自旋流是非耗散的,不需要一个梯度场来驱动。目前的太阳磁场理论认为,黑子磁场会压制对流,用我们的M-理论来说,由于牛顿-庞加莱统计和量子MB统计对偶,将热对流压制了。自旋流服从的是牛顿-庞加莱统计。事实上,牛顿-庞加莱统计不仅起到的是压制作用,另外还会起到疏导的作用,可以将涨落转化,太阳黑子是通过涨落达到有序的一个例子。
那么是什么微观机制将涨落转化成了有序运动呢?我认为,显然是量子MB统计和牛顿-庞加莱统计的相互转化造成的。另一方面,对于自旋产生的磁场,存在一个Stokes定理,可以将局部的小尺度磁场凝聚成大尺度的宏观磁场,当只考虑一个平面内(例如太阳的磁场赤道平面)的磁场时,牛顿-庞加莱统计和Stokes定理是等价的。
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 楼主| 发表于 2016-10-19 07:57:26 | 显示全部楼层

追踪吸积流

EHT的观测数据所提供的远不只是黑洞的图像。每根天线都将记录黑洞辐射的全部偏振信息。这些信息将为我们提供黑洞视界附近的磁场分布地图。这些地图能帮助我们了解自某些星系 (如M87)中心发射出的强大喷流背后的物理机制。喷流由速度接近光速的极高能粒子束组成,其长度可达数千光年。天体物理学家相信,是超大质量黑洞视界附近的磁场驱动着这些喷流,研究磁场的分布将有助于对这一假说进行验证。
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 楼主| 发表于 2016-10-21 06:37:16 | 显示全部楼层

亟待解决

外流是由天体附近发出的向外运动的物质和能量流。学术界一般相信,外流是由一部分被吸积物质转变而来(也有一些学者认为外流是纯粹的Poynting能量流)。与吸积相比,外流的成因是广义相对论无法解释的:为什么在黑洞附近强大的引力场中能产生向外逃离的物质和能量流?这个问题迄今为止尚未得到根本意义上的回答。从实际操作的层面,曾有学者认为外流是由吸积盘辐射压的推动或者被吸积物质带来的大尺度磁场造成的,但相关的模型并不成功。
其实从量子引力来看,外流的成因很好理解。宇宙有可能是无限大的,所以谈论宇宙的熵守恒没有意义。但是在局部的宇宙,熵量是守恒的,吸积使得宇宙局部的熵快速减少,引力场越强,熵减少的速率也越快。必须有一种办法来抵消熵的快速减少,很显然,外流就是一种使熵快速增加的办法。正所谓“分久必合,合久必分”。广义相对论与大量的天文观测事实相矛盾,成了亟待解决的大问题。在天体物理中,外流是普遍现象,例如太阳公公就经常扔颗炸弹出来,使熵快速增加。我们的看法倒是与Onsager的熵致有序的想法类似,橡皮筋是熵致有序的一个例子,黑洞喷流的速度常常能够达到光速的99.95%,可见黑洞的“橡皮筋”的威力有多么强大。
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