第三百五十一章 寻找库珀-《学霸的科幻世界》
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找到库珀的档案后,庞学林才开始翻阅布兰德给自己复印的研究资料,里面有关于引力本质的相关描述。
十七世纪后期,牛顿提出了万有引力,把引力描述为无限延伸的场,并解释了大质量物体的运动,比如地球。
牛顿甚至还推导出了求解万有引力的方程组。
通过这个方程组,可以预言世间万物宇宙星辰的运动状态。
物理学家们曾经认为,牛顿的万有引力已经是物理学的尽头。
但到了十九世纪末二十世纪初,量子理论、狭义相对论和广义相对论的出现,推翻了由牛顿构建起来的经典物理学大厦。
1915年,爱因斯坦提出了广义相对论,他认为我们所谓的引力事实上是空间和时间的畸变。
地球看似是沿着椭圆轨道绕太阳运行,实际上它是沿着弯曲时空中的直线运动。
爱因斯坦的引力理论在解释大质量物体的行为非常的成功。
但是几年后,物理学家打开了一扇奇异的新世界:量子世界。
这使科学家发现支配宇宙的其它三种基本力其实是由一种载力粒子(称为玻色子)的交换而产生的:光子传达电磁力,强核力是由胶子传递的,弱核力的携带粒子则是w和z玻色子。
这些都已经被实验严格的证明了。
那么,物理学家自然要问,引力是否也是由某种粒子交换而产生的?
为了连接引力和量子理论,物理学家提出了一种全新的假想粒子——引力子。
虽然人类在实验中还从未观测到一个引力子,但是物理学家们已经对引力子有足够的了解。
首先,由于引力的作用范围是无限的,并且引力随着反平方定律衰减(即 f ∝ 1/r),因此引力子必须是零质量的。
我们之所以知道是因为如果光子有质量,就会改变指数上的“2”,而“2”是被实验严格验证的。
就跟光子一样,引力子也以光速传播。
在广义相对论中,宇宙中质量和能量的分布是由一个 4×4 的矩阵所描述,数学家称之为二阶张量。
这很重要,因为如果张量是引力的来源,我们就会发现引力子必须是一个量子自旋为2的粒子(温伯格提供了证明)。
如果你观测到一个无质量、自旋为2的粒子,那么你就找到了引力子。
那为什么还没有人找到引力子?主要的问题是,引力太弱了。
举个例子,在氢原子中,一个电子和一个质子之间的电磁力要比它们之间的引力强上10^39倍。
一个更直观的例子是磁铁和曲别针的行为:一个磁铁可以对抗整个地球的引力,将曲别针吸引住。
仔细想想你就会知道这意味着什么,一个你可以轻易握在手上的磁铁将曲别针往上吸,而整个星球的引力将它往下拉,磁铁依然获胜。
也就是说一个单独的引力子是非常非常微弱的,这使一些科学家认为几乎不可能直接探测到这样的一个引力子。
但是在布兰德的理论中。
他对引力子的探测有一些新的想法。
引力子或许是可以被探测到的,这需要人们对宇宙有一个全新的理解方式。
布兰德认为,引力只在我们生活的这个三维世界看起来很弱。
但实际上,引力其实是可以传播到额外的维度。
但是这些额外的维度被卷曲的非常的小,以至于三维世界中的我们无法察觉。
现在,我们想象一根拉紧的绳索,对于一个走钢丝的人,它只能沿着绳索往前或往后走,绳索是一维的。
但是对于蚂蚁来说,它们可以沿着绳索的周长四处乱爬,绳索看起来就是二维的。
对于人类来说是一维的绳索,对于小生物却是二维的。
量子力学告诉我们所有的粒子也是振动波,物理学家认为引力子可以在这些额外的维度中振动,这些维度的弯曲就像是手镯绕着纤细的手腕。
但是,额外维度的循环本质也对引力子如何振动施加了限制。
只有整数的波长才可以均匀在额外维传播。
这也带来了一些有趣的结果。理论上,在额外维中存在着不止一种类型的引力子,不同整数的波长就是一种不同的引力子。
振动的越厉害的引力子可以具有质量,这样的粒子被布兰德成为布兰德引力子。
在很小的尺度下,布兰德引力子可以具有质量;但是在大尺度下,它们就会变成经典理论所认为的零质量。
现在的问题是,宏观条件下,以人类当前的技术水平,压根没办法在短时间内测量到引力子的存在。
除非有人类进入黑洞内部,或者进入一个高维的时空内部,通过高维时空测量出引力子的相关参数,进而通过爱因斯坦引力场方程,推导出整个引力的产生机制。
这就是布兰德理论所面临的困境。
而且短时间内看不到解决的希望。
大概了解了布兰德的整体思路后,庞学林摇了摇头,这个问题,他也没有太好的办法。
除非,在库珀的阁楼内,获得那个未来的库珀从五维时空里传回的至关重要的信息。
至于这里面是不是会涉及到祖父悖论的一些东西,就不是庞学林所需要考虑的了。
……
一天的时间转瞬即逝,下午五点,庞学林带着刚刚洗完澡,结束训练的墨菲上了皮卡车,然后去了十公里外的一所小学,把小墨菲也接上了车。
一大一小两个墨菲在车上闹腾地很,记忆中,自己女儿从小就和小姨子亲,这也是克丽丝将女儿的英文名字取成墨菲的原因。
当然,小墨菲还有一个正式的中文大名:庞菲。
只不过一家人从小到大一直叫她小墨菲,她也早就习惯了这样的称谓。
回到家的时候,克丽丝已经准备好了晚餐。
鱼排、玉米沙拉外加土豆泥。
现在全世界,也就土豆和玉米这两样主食还能正常种植,像水稻、小麦等粮食作物,早就因为枯萎病在地球上彻底灭绝了。
奥利弗对于大墨菲的归来看起来有些不在意,但从他微微翘起的嘴角,可以感觉到他还是很开心的。
毕竟都是爷孙俩,没有什么隔夜仇。
晚上,庞学林洗完澡,从书架上找到了一幅大比例尺的美国地图。
然后以他所在的宇航局为圆心,半径五百公里以及三百公里范围内,分别画了一个圆。
按照电影表现的场景,库珀开车到宇航局至少花了半天以上的时间,以当前北美地区的路况,每小时也就五十公里的样子。
因此,三百公里到五百公里的圆环是一个合理的区间。
只是即使这样筛选了一遍,这一区域内,人口超过一千以上的小镇也有一百多个。
剩下庞学林没有太好办法,只能开着车一个个找过去了。
确定好接下来要做的工作,庞学林将地图收好,刚准备上床睡觉,便看到克丽丝穿着蕾丝睡衣,从旁边墨菲居住的小房间内婷婷袅袅地走了出来。
“女儿睡了?”
庞学林低声道。
克丽丝笑道:“睡着了,老公……”
“嗯?”
“我有点想要了……”
庞学林眨眨眼,走上前去,一把将克丽丝抗了起来。
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