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宇宙从哪里开始,又会到哪里结束?这要从质量与能量开始说起

  宇宙从哪里开始,又会到哪里结束?这要从质量与能量开始说起。
  那么,质量与能量有等价关系,可以相互转化(后文有详细分析解读),这在整个宇宙舞台的背景下,有什么意义呢?以及运动与相互作用,又在质能转化的过程中,扮演着怎么样的角色呢?
  本文,将会在一些物理概念上,进行推演,并给出一种视角下的答案——及丰富的物理图像,并且通读全文,会感受到一股淡淡的魔幻之感,或许这就是一种解密的欣快感,还有重要的是启发和思考的乐趣。
  主题目录如下:质量与能量势能与势垒动质量与相对质量微观质量与宏观质量进入循环概念陈述黑洞循环时空循环结语前提约定第一,本文所有"质量",均代表"静质量"(Rest Mass,或译作剩余质量),又称不变质量(Invariant Mass)。第二,在微观,由于波粒二象性,粒子之间的力,其实是概率云之间的相互作用,因此称之"相互作用"比"力"更为贴切,但如果说的是,从微观到宏观的相互作用,就会仍旧称之为"力"。第三,本文是严谨的物理学视角,逻辑外推的部分有坚实的物理理论支撑,检索相关物理学名词,可以进一步了解更详细的信息。质量与能量
  能量的表现形式有很多,贯穿了从微观到宏观——有机械能、潮汐能、风能、热能、化学能、电能、光能、核能、辐射能、声能、内能、势能等等。
  其中,海水运动是潮汐能、空气运动是风能,分子运动是热能,原子运动是化学能,电子运动是电能,光子运动是光能,核子运动是核能,电磁波运动是辐射能,声波运动是声能,物质内部运动是内能,不运动是势能,等等。
  那么,以运动来划分就会简单许多,只有动能和势能两种:动能——是运动的能量。势能——是运动趋势的能量,也就是静止的能量。
  具体来说,势能在宏观是内能,来自于物体内部的相互作用,在微观是场能,来自于场的相互作用。
  势能(Potential Energy) ——是储存于一个系统内的能量,也可以释放或者转化为其他形式的能量。势能不是属于单独物体所具有的,而是相互作用的物体所共有。
  可见,能量与运动息息相关,并且能量有两大特性:第一,是守恒,即总量固定。第二,是可以相互转化。
  关于能量守恒,由诺特定理可知,它是时间平移对称性下的守恒量,即:时间平移对称性可以得出一个守恒量——它就是能量。
  所谓时间平移对称性,就是在不同的时间(如过去、现在、未来),物理定律输入相同的变量,会输出相同的结果,即:物理定律不随时间变化。
  从某种角度来说,对称意味着变换可以抵消,产生某种不变,而不变性的背后必定有守恒量。
  那么,诺特定理的数学证明,则让物理守恒定律,从一个经验定律(未来可能会不正确),上升到了一个被严格证明的定理(具有永真保真性)。
  诺特定理 ——由著名数学物理学家,艾米·诺特(Emmy Noether)提出并证明,它表明对称性与守恒量是一一对应的,即:物理定律的对称性(即不变性),一定存在物理守恒量(即物理守恒定律),同理相反,物理守恒量,一定存在物理定律的对称性。
  例如,空间平移对称性——对应动量守恒;空间旋转对称性——对应角动量守恒;时间平移对称性——对应能量守恒;电荷共轭对称性——对应电量守恒;规范对称性——对应电荷守恒,等等。
  然而,在宇宙学的宏观尺度上,广义相对论的视角下,时间平移对称性并不成立,因为:第一,宇宙一直在膨胀,会导致参考系膨胀,从而使得物理定律会随时间变化,即时间平移不对称。第二,广相时空具有曲率,曲率是非线性模型,因此时空具有不对称性,即时间平移不对称。
  要解决这个问题,有以下视角:第一,宇宙目前在膨胀,不一定会永远膨胀下去。换言之,膨胀时的能量不守恒,是因为这不是最终的总能量。第二,时空曲率来自质量,随着宇宙演化质量消失后,时空曲率也会消失。换言之,有时空曲率的能量不守恒,是因为这不是最终的总能量。第三,时空膨胀与时空曲率,可以通过引力波(即时空运动)释放能量。换言之,时空之中存储着势能,这个势能和动能,即是总能量。
  关于能量可以相互转化,则意味着,在能量守恒的情况下,运动是可以相互转化和传递的。
  例如,热传递与热辐射,就是在以运动的形式传递能量,前者需要分子介质——如空气,后者需要场介质——如电磁场,所以热传递无法在真空中发生(保温杯原理),热辐射则可以在宇宙中发生(太阳辐射)。
  因此,我们可以把能量的本质,看成是物质运动的一种度量。也就是说,运动可以用能量去度量,即是动能;那么如果不运动,其实也可以用能量去度量,即是势能——这是度量了运动的趋势。
  当然,微观的一切都在运动,而光速——就是所有物质运动的极限速度,即是无质量的运动,也就是光子的运动。而当运动一旦抵达光速,运动即来到了最终形式。因此,我们可以看到,光子相对任何物质都是光速运动,不会相对静止,即:光速不变原理。
  光速不变原理 ——是指无论在何种惯性系中观察,光在真空中的传播速度都是同一个常数,不随光源和观察者所在参考系的相对运动而改变。(具体参看相关文章[5])
  换言之,只要运动不抵达光速,就会表现出可测量的"质量"(各种不同种类的质量)。
  那么在广义相对论中,时空因为质量而弯曲,那么光子一定是与时空弯曲背后的"起因",即质量,产生了相互作用。
  是的,虽然光子本身不受力,但仍可以发生相互作用——如发射、吸收、湮灭,并且还可以传递相互作用,即电磁力——这其实是把光速运动,转化为了非光速运动。
  例如,在光电效应中,如果把一束光照射在金属板上,金属板就会往外发射电子,这就是光子的光速运动,转化为了(有质量)电子的非光速运动。
  例如,光压的来源,是光子的动量可以和物质发生作用,产生了动能的转移,即光子的运动转化为了物质的不运动,从而形成了力的表现。
  由此可见,物质运动抵达光速的过程,就是质量转化为能量的过程,即是费米子(轻子与夸克)通过各种途径,最终全部转变为光子的过程。
  例如,那漫天的繁星,就是恒星消耗自身质量,转化为能量,照亮宇宙的过程。
  那么显然,如果质量与能量可以相互转化,它们也就是可以相互度量的。
  从狭义相对论来说,能量和质量就像一枚硬币的两面,是同一事物的不同表现。这就如同水,有气态和液态两种状态一样。也就是说,质量与能量是同一个物质本质,按照一定比例"混合",所表现出来的不同特征,即可观测量。
  由此,我们可以把物质看成——有两种状态,即质量状态与能量状态。所以,能量也是物质,是处在能量状态的物质。
  事实上,物质还包括——时空(时间、空间)与场(以及暗物质和暗能量),并且质量与能量,还通过时空建立起了联系,即:质量弯曲时空,时空指引运动,运动产生能量,能量改变质量。
  而如果能量度量了物质的运动,质量也就度量了物质的运动——这就回到了惯性质量的定义,即:质量是改变物质运动状态难易度的度量。
  于是,从这个角度来看,质量所度量的能量,就像是存储的一种势能,即度量了运动趋势的能量。而把这种势能"释放掉"之后,运动就可以抵达光速了,此时质量就全部变成了光子,并且这些光子的能量总和,即等于势能,代表着质量所存储度量的能量。
  那么,能量所度量的质量,其实就是动质量——因为运动而产生的质量,没有运动就没有动质量,这相当于度量运动的能量,被存储在了动质量之中。
  综上可见,总能量守恒,质量与能量等价对应,其中能量有动能和势能两种,于是:动能——对应了动质量,即运动的质量,由于运动是相对的,所以动能和动质量,都是相对的,即与参考系选择相关。势能——对应了质量,即静止的质量,也就是惯性质量,与参考系选择无关,其代表着物质内部微观势能的宏观度量。
  用公式表示就是:总能量 = 势能(质量)+ 动能(动质量),而质量(有序结构)转变成能量(无序运动),即:势能转变成动能。结合宇宙膨胀来看:动能与参考系相关,受膨胀影响;势能与参考系无关,不受膨胀影响。因此在膨胀过程中:动能不守恒,即能量不守恒;势能守恒,即质量守恒。但这里总能量是指:宇宙膨胀的终点,即宇宙在某个方向上的演化终点,此时没有势能的能量,它始终等于"势能+动能",也一直守恒,即质能守恒。
  最后,更加简化和抽象的来看,能量即是运动,质量即是不运动,从质量到能量,运动速度从0到光速——这也是使用能量的过程。而一旦质量消失,也就是没有势能可以降低,即没有了可利用能量。
  势能与势垒
  事实上,势能可以形成势垒,限制低动能物质的穿过,原因就在于——势能是不运动,低动能的运动无法"带动"高势能的运动,所以低动能的物质无法穿过势垒。
  势垒 ——是指一个势能比周围势能都高的区域。
  例如,在宏观上,墙就相当于一个不运动的势能,如果物体的动能小就无法穿墙,并且还会被墙反弹,而如果物体的动能足够大,就可以穿墙,但在穿墙的过程中,墙会和物体一起运动。
  那么在微观上,有两个与势垒有关的著名现象,即:量子隧穿效应与超导能隙(Energy Gap)。
  其一,量子隧穿效应——是基本的量子现象之一,即当微观粒子的总能量小于势垒高度时,该粒子仍能穿越这一势垒。因为量子不确定性,时间和能量为一组共轭量,在很短的时间中(即时间很确定),能量可以很不确定,从而使一个粒子看起来像是从"隧道"中穿过了势垒。
  可见,量子隧穿效应,并不是低动能"带动"了高势能的运动,而是粒子以概率的形式,直接随机出现在了势垒的另一侧,此时高势能依然保持不运动。
  其二,超导能隙——是一个有足够高势垒的区域,它能够保护电子不受"外界"(晶格原子)的影响,从而维持在超导的稳定状态。
  原因就在于,晶格原子的振动,会试图剔除电子表现出阻力,但势垒阻止了这个振动的传递,即能隙阻止了电子与晶格原子的能量交换。
  事实上,单电子的集合无法形成能隙,宏观超导现象,是电子对(库珀对)的集合产生能隙的结果,而能隙意味着低动能与高势能:对于低动能,超导电子对的角动量为0,动能很低,很容易被高温打破配对,所以需要低温。对于高势能,能隙表现出了"质量"的特性——这是电子对的形成过程中,规范对称性(Gauge Symmetry)发生破缺的结果(电子配对自由度减少,对称性下降),这与希格斯场(自发对称性破缺)赋予粒子质量的机制相一致。
  那么换个角度来看,能隙具有"质量"特性,意味着电子就像"不运动"一般,即在非流动方向上没有运动,自然就没有了电阻。
  最后,可以想象,如果是无限大势能构成的势垒,就会阻止一切粒子穿过,这样粒子就只能在势垒内运动,而不同这样的势垒,内部就会有不同大小的动能——这就形成了原子的能级。动质量与相对质量
  如果有质量,有运动,就会有动能(E = mv^2 / 2),动能即是能量,能量等价质量(E = mc^2),于是我们就会看到,有质量的运动,就会增加一部分,由动能转化的质量——这就是动质量。
  那么,在测量有相对运动的质量时,其结果就是动质量与质量之和,而这个质量之和被称为——相对质量,或是相对论质量,即:相对质量 (m)= 质量(m0) + 动质量(m1)。
  事实上,根据计算公式会发现,只有高速运动的物体(如微观粒子),增加的动质量才会有明显的体现,因为其效果因素在于速度与光速的比值(v / c)——而这可以看成是静止向光速转化的因子。
  相对质量公式 :m = m0 / sqrt(1 - (v / c)^2),m是相对质量,m0是质量,v是速度,c是光速。
  所以,狭义相对论指出——速度越快质量越大,其实这个质量是——相对质量,增大的是动质量,质量本身并不会增加。
  于是,当速度无限接近光速(但不等于)的时候,通过计算公式就会发现,相对质量会接近无穷大,再加速需要的能量就需要无穷大,从而就阻止了有质量物体抵达光速。
  也因此,粒子加速器需要很大的能量,才能将粒子加速到接近光速(所以粒子加速器又贵又难造)。
  而换个角度,从前面的论述的来看,质量即是阻止运动的势能,有这个势能,就不可以抵达光速。
  那么,如果没有质量,运动的阻力(即惯性力)就会消失,速度可以抵达光速,此时质量运动产生的动能,就不会存在,其对应的动质量也就会一起消失,但这并不是说,就没有动质量了。
  因为光子还有能量(E = hv,h普朗克常数,v电磁波频率),这个能量等价的质量——就是光子的动质量。
  要知道,动质量只与运动相关,光子的动质量度量了光子的运动。
  因此,当光子被吸收,或是两个高能光子湮灭,光子的运动消失,对应的动质量就转为了——其它粒子的质量;同理相反,发射或生成光子的时候,是质量转化成了动质量。
  于是,这就有两种产生动质量的形式:一种是有质量的运动,一种是无质量的运动。
  第一种,有质量的运动。
  如果没有运动,那么自然就没有动质量,但此时有质量,也有引力质量,同样也有等效的惯性质量。
  这里有一个重要的区别,就在于不运动的质量,可以产生时空效应,即:时间膨胀(时间)与引力场(空间)。并且如果再有加速度,则就会增强时空效应——这相当于增加了质量、引力质量与惯性质量。
  但动质量本身,就无法产生任何时空效应,因为动质量是运动的动能,所代表的是能量,而不是真正的质量——它与参考系选取相关,并不是绝对的存在。
  所以可见,质量——是加速度的效果,即运动趋势的度量;动质量——是速度的效果,即相对运动的度量。
  那么,如果从微观角度来看,把希格斯场想象成充满宇宙的——"浓汤",惯性质量体现的——就是"浓汤"阻止运动的惯性力,并且惯性质量越大,"浓汤"的阻力就越大,也就是惯性力越大。
  就此逻辑,我们可以看到以下图像:如果在"浓汤"中有加速度,就会受到加速度的反作用力(即增强了阻力),等效于增加了惯性质量。如果没有加速度,则"浓汤"的阻力恒定不变,此时无论速度多少——代表着动质量的多少,都不会增加惯性质量。如果没有质量,则就可以没有阻力的在"浓汤"里自由穿行——速度抵达光速。
  由此可见,质量、引力质量、惯性质量三者等同,会受到"浓汤"的阻力,但运动无加速度带来的动质量,则不会受到"浓汤"的阻力。
  那么,可以想象,时空效应——其实就是微观希格斯场的相互作用,对宏观时空的影响。也因此,时空会因为质量而产生弯曲,并且惯性力就像是来自希格斯场的反作用力。
  所以,结论就是,有质量无加速度的运动,会有两部分质量——质量与动质量。其中,质量会对时空产生影响,而动质量则无论多少,都不会对时空产生影响。
  同理,我们可以把时空结构——看成是物质质量状态的构造,它不受物质能量状态的影响。
  第二种,无质量的运动。
  如果没有质量,就没有引力质量与惯性质量,也没有与希格斯场的相互作用,速度就可以抵达光速。
  所以,光子在宏观上就没有时空效应——不会产生时间膨胀和引力场,也没有时间的概念。
  而从微观角度来看,时间是来自费米子(夸克与轻子)的量子态计数,那么属于玻色子的光子,自然就不会有时间,更不会有时间膨胀了。
  综上,我们会发现,有质量就可以与希格斯场相互作用(没有则不行),可见希格斯场的作用,就是阻止运动,产生不运动的质量,而这个质量也就是——微观质量(不是能量)。
  最后,对于光子有没有引力效应,有所争议,更进一步的说明是:
  理论上,光是一种电磁波(宏观),电磁波是电磁场的一种运动形态,而电磁场又具有非零的能动量张量,将其代入爱因斯坦的场方程,就可以求出电磁场产生的时空几何变化,从而产生时空效应。
  但在实际中,引力实验的精度,还无法测出电磁场的引力效应。
  而事实上,一个光子和很多个光子,是非常不同的两种情况,前者的个体状态信息是概率的叠加,而后者具有确定的整体状态信息。
  从另一个方面来看,目前的理论(广义相对论与量子力学)还无法在微观描述引力,而光子是微观模型(小尺度),电磁场是宏观模型(大尺度),引力效应是从微观不存在,到宏观存在的涌现。
  那么,小尺度小到什么程度,广相就不适用了?
  通常只要出现"量子不确定性",广相就会失效,因为广相要求几何结构是平滑连续的,而不能是非连续量子化的,更不能是随机不确定的。
  微观质量与宏观质量
  微观质量
  事实上,像质子、中子这类复合粒子的质量,只有约1%是归因于——将质量赋予夸克的希格斯机制,剩余约99%则是——夸克的动能与胶子的能量。
  例如,三个夸克被胶子组合在一起,构成了一个质子,其中胶子负责传递强核力,没有质量。但我们会发现,三个夸克的质量加起来约5MeV,却远远小于一个质子的质量约938MeV,可见大约只占5%的比例。
  eV(Electron Volt) ——称为电子伏特,是能量单位,代表一个电子经过1V(伏特)的电位差加速后,所获得的动能。
  MeV ——是 eV 的一百万倍。
  GeV ——是MeV的1000倍,是eV的10亿倍。
  那么,质子除了夸克贡献的质量以外,其它95%的质量来自何处呢 ?
  答案就是来自于,各种运动产生的——动质量,即:运动的能量等价的质量。换言之,能量就是运动,能量等价质量,运动产生动质量。第一,夸克和胶子、胶子和胶子在强相互作用(胶子质量为0),即是胶子的发射与吸收,这个运动过程产生的能量,贡献了一部分动质量(约36%)。第二,夸克和胶子自身的运动(如自旋角动量),贡献了一部分动质量(约36%)。第三,夸克和胶子由于夸克禁闭,被困在在狭小的空间内,根据不确定性原理——位置可能性越小,动量可能性就越大——于是这些动量产生的动能,又贡献了剩下的动质量(约23%)。
  另外在实验中,还发现同样是由三个夸克组成的质子,其质量约是1232MeV,这比结构相同的一般质子质量938MeV多出了很多,这多出来的质量是从哪里来的呢?
  后来发现,夸克之间的强相互作用,具有渐近自由的性质,即越远作用越强,于是这多出来的质量,就是夸克相距较远时,强相互作用增加的能量,减去夸克禁闭(空间变大)减少的能量,之后剩下的能量,也是动质量。
  由此可见,在我们测量微观粒子(尤其是复合粒子)的质量时,其实测得的是——相对质量,并且其中99%的都是——动质量(由强相互作用贡献),只有1%的是——质量(由希格斯机制贡献),甚至像光子的"质量",100%都是动质量。
  但正是这些微观粒子构成了原子,分子及其上层的一切复杂宏观结构。
  所以,为什么宏观上我们会直觉的——把质量看成是"物质的多少",就是因为质量与这些微观粒子的数量成正比。但实际上呢,这些微观粒子的质量,大部分是动质量,也就是能量。
  宏观质量
  可想而知,宏观物质如果抛开微观的动质量,其剩下的质量必然是极小的,于是这些极小质量,产生的时空效应,必然也是极小的。
  因此,我们最终看到,时空效应带来的引力,是极其微弱的,只有超大质量的宏观天体,才能带来可观的引力。
  不过呢,从另一个方面来看,我们测得的宏观质量,即是引力质量,其来源是引力——这是关联着质量,而非动质量的结果。
  所以,引力质量(包括等效的惯性质量)即代表了微观的质量,而不是微观的动质量。
  需要说明的是,在广相理论上,质量让时空弯曲,时空弯曲形成引力场,引力场中有引力作用。可见在此,质量与引力,是共变量正比例关系,而不是质量直接产生了引力——中间隔着"时空弯曲"这一层。
  事实上,如果没有引力,都无法测量出引力质量,所以引力质量其实度量了引力的大小,而不是决定了引力大小,即:引力的微观成因,产生了宏观的引力质量。
  最后
  我们看到,大部分微观质量——都是依靠胶子,封装在原子核中的动质量,而原子核最重要的作用,就是:第一,稳定性,即构成基本物质结构。第二,动力学隔离,即使得微观质量不受宏观运动的影响,从而形成了宏观质量的稳定与守恒。
  事实上,正是在不同层面与尺度上的动力学隔离,才使得相对的微观与宏观不会相互干扰与影响,让我们只专注于某个层级的事情,而不会遭遇"细节膨胀效应",如:化学反应不考虑量子效应,低速运动不考虑钟慢效应,宏观运动不考虑微观粒子,心理学不考虑脑细胞通信,等等。
  但层级,除了封装了大量细节,还有巨大且难以想象的未知能量——如核能。
  因此可以说,层级层层封装了更微观更高能的物理规律,只有我们提供了足够高的能量,才能够进入层级内部,看到那些自由度。
  那么,在不同能量之下,对应不同的规律,就是涌现的底层来源——所以,涌现 = 复杂性 + 能量,即:运动突破层级。
  同时,这也是幂次法则的底层来源,即:在x^n中,底数x是层级内的变化,指数n是层级间的变化,指数n是确定常数时,称为幂次常数,而幂次常数的切换,则就对应了突破层级的涌现现象。进入循环
  质量与能量可以相互转化,其本质共同度量了运动:运动的起点——此时质量无限大、能量无限小,一切运动静止,物质仅以质量状态存在。运动的终点——此时质量无限小、能量无限大,一切运动光速,物质仅以能量状态存在。
  而为什么能量,是诺特定理得出的时间对称守恒量?就是因为,在时间的维度上,系统总能量不变,其内部物质状态,就会在运动与不运动之间转化。
  对应到四维时空上,就是:三维空间的不运动与一维时间的运动(时间变化)——是质量。三维空间的运动与一维时间的不运动(时间静止)——是能量。时间运动与空间运动的混合——就是质量与能量的混合。时间运动与空间运动的合速度上限——就是光速。
  这也就是说:空间速度为0(即运动的起点,代表质量),时间速度就是光速(辐射光子)。空间速度为光速(即运动的终点,代表能量),时间速度就是0(时间静止)。时空中的任何速度,都可以分解为空间速度与时间速度的混合,也就是不运动与运动的混合,即:质量与能量的混合。
  那么,在"运动的终点",(暂时)不知道为什么,发生了一件事情——那就是"大爆炸",或称"创世纪闪光"。
  接下来,形成了一个奇点,其密度无限大、体积无限小,物理定律在此处将会失效。而所谓奇点,就是在理论上会出现无限的地方。
  在此别忘了,"运动的终点"时间速度为0,即时间静止,没有时间就没有距离(因为无法测量),接着没有距离就没有长度,没有长度就没有体积,所以无论是"运动的终点"还是奇点都——体积无限小。
  而有了"体积无限小"这个因素,就给予了暴胀的条件(暴胀理论,Inflation Theory),即:空间以指数倍的形式膨胀,再后来继续膨胀,一直膨胀。
  暴胀理论指出,在10^-36秒到10^-32秒之间,宇宙半径膨胀了至少10^26倍,相比之下,在标准图景中,宇宙在相同时间间隔内,只膨胀了大约100倍。这意味着,在10^-36秒的瞬间,宇宙比它在138亿年以后增大的还多。
  而有了膨胀(也是运动),局部的运动就会扩散,从而局部运动的剧烈程度就会减小,于是温度就会不断下降(温度的本质即是运动)。
  而从高温到低温的冷却过程,即是:从能量到质量的转化过程。于是,在"大爆炸"之后,物质逐渐从能量状态,转化成了质量状态,即:形成了"运动的起点"。
  而当温度不再下降的时候,即来到了——从"运动的起点"向着"运动的终点"的转变过程。当然,这个过程可以在局部发生(如恒星太阳的核聚变反应),即:整体上温度在下降(产生质量),但在局部有温度升高(产生能量),就会发生运动"终点"(质量)向着"起点"(能量)的转变。
  那为什么,在"运动的终点"会发生"大爆炸",然后形成体积无限小的奇点?
  很可能,质量到能量,是能量到质量的逆过程,即:温度升高(对应下降)、体积收缩(对应膨胀)。
  而体积收缩,则代表着空间的收缩,显然正是有了空间,才会有场和运动的存在,质量才能够起源于希格斯场——因此,空间收缩,也就体现了质量的减少。
  至于,空间收缩的原因,可能是由于随着能量的不断增加,"中和"了产生膨胀的斥力,使得绝对引力强于斥力,从而令膨胀转为了收缩。
  事实上,以上过程是一个普遍的原理,即:被压缩(收缩)的事物会变热,反过来,如果什么东西解压了(膨胀了),它就会冷却。
  例如,空调和冰箱就是应用了这个原理——工作物质(如氟利昂)经过循环的压缩与膨胀(同时也蒸发或凝结),可以让热量朝着需要的方向流动。这说明了,地球上寻常简单的物理事实,其实就是(也必然是)整个宇宙运作的缩影。
  那么,综上可见,运动——就是质能转化的两个相互过程,在空间结构中的表现 ,而质量会自发的转化为能量,能量会自发的膨胀(冷却)形成质量(空间膨胀提供了运动的场地)。
  最终,这就形成了——质量与能量永无止境的运动循环。
  而这个模式,很好的对应了,广相引力场方程所描述的那个模型:宇宙结构要么膨胀,要么收缩,但永远不会静止,也不会有永恒。概念陈述
  以下,是对前文观点的概念提炼,及简单陈述。
  第一,运动有起点和终点,即是"静止与光速"——代表着"质量与能量",前者低温有序,后者高温无序。
  温度是运动的剧烈程度,即:温度越高,运动越剧烈、越无序;反之温度越低,运动越缓慢、越有序。而绝对零度,即是运动静止,绝对最高温,即是运动光速。
  金属能有效传递热,是因为有足够的微观态(Microscopic Configurations)让个别电子在其间跳跃。
  那么,有序代表着结构性高,确定性高,状态组合性低,信息量低;无序代表着结构性低,随机性高,状态的组合性高,信息量高。
  光子光速运动,其代表着能量及运动的终点,同时它也负责传递信息——这个信息的作用就是,消耗质量。
  最后,能量是运动就可以被精确计算,温度是宏观统计(即概率)无法被精确计算——它代表的是微观运动整体的效用。
  第二,运动从静止到光速的过程,即是质量到能量的转化——反之亦可。
  不同的运动速度,对应了不同质量与能量的比例,即:速度越慢能量越少,质量越多;速度越快能量越多,质量越少;抵达光速质量为0,只有能量。
  第三,能量——度量了运动,这是动能,所以传递能量,即是传递运动。
  对于非光速运动,能量与速度相关(E=mv^2/2,v是相对速度);对于光速运动,能量与频率相关(E=hv,v是频率);而速度与频率都是运动的体现。
  例如,人体补充能量,就是在补充动能,以提供身体的各种运动,如果不从外界补充能量,那么人体的运动就需要消耗,人体的质量,即减肥。
  做功,度量了能量的转化量,而能量转化,即是运动的转化,所以有运动状态的变化——才有做功,否则没有做功。
  例如,匀速运动就不做功,有加速度且静止也不做功,显然这两种情况,运动状态都没有变化。
  此外,能量度量运动,即是和速度相关,说明是一个相对量。例如,相对静止,能量可以相对为0,代表运动状态相同。
  可见,能量需要参照物,宏观静止,其能量来自于微观运动,有运动就有参照物,但光速不需要参照物,所以光速运动的能量,由频率决定。
  第四,质量——度量了不运动,这是势能,所以产生质量,即是产生不运动。
  因为不运动,阻碍了运动抵达光速,所以非光速运动才有质量,而没有了质量,运动就可以抵达光速。
  那么,这个不运动的根源,就是来自宇宙场中,量子真空虚粒子低能量概率的涌现,即自发对称性破缺,所体现出的效应——这就像是在高能量的运动中,随机出现了低能量的不运动。
  但重要的是,不运动有着自发运动的趋势,这带来了最初始的相互作用力,而可以看成是宇宙一个发展方向下的必然产物。
  第五,质量与能量——可以相互度量彼此。
  能量度量的质量——是动质量,代表着光速运动如果静止,所具有的势能;质量度量的能量——是势能,代表着静止转化为光速运动,所具有的动能。
  例如,核能即是把质量的不运动,转化为了运动,即是动能,其破坏力就在于这个动能,会让其它质量的不运动转化为运动,即是摧毁物质有序,变得无序。
  例如,火箭就是把燃料的质量,转化为了自己的动能,即运动。光速运动,没有"不运动"的质量(即没有质量),其能量只等价于动质量,无法产生时空效应——时间膨胀(时间)、引力场(空间)。非光速运动,有"不运动"的质量(即有质量),如果还有加速度,那么就会增强时空效应,否则时空效应恒定;如果非光速运动的速度为0,那么就只有不运动的质量,没有运动的动质量。
  动质量只有在高速运动时,才会有明显的体现,而低速运动,则可以忽略不计,并且动质量无法产生时空效应。
  例如,微观复合粒子的质量,99%都是动质量,单个粒子的时空效应忽略不计。
  最后,通常所说的"能量",其实是指可利用的能量,即存在有序结构的质量,当有序结构(势能)转化为无序运动(动能)之后,就只剩下了不可利用的能量。
  第六,不运动自发运动,接着运动变化产生力,力产生后续的运动变化。
  任何力,都来源于一个前置的运动,直到不运动为止,而从不运动到运动,即从静止到光速,这是自发的趋势,接着运动产生了相互作用,这就是力。运动可以不受力——例如:匀速运动本身不受力,但有运动。引力源于不运动的质量,这是微观运动的结果——例如:希格斯场的振动带来质量,粒子运动带来动质量。
  由此可见,力是产生运动状态变化,或是运动变化趋势的原因。也就是说,运动会产生(相互作用)力,接着力产生加速度,以驱动运动状态的变化,即从非光速趋向光速。
  因此,是不运动自发运动,产生了最初的力(即第一推动力),接着力驱动运动变化,运动变化又接着产生力,如此循环,直到所有运动状态的变化消失(即加速度消失),抵达光速。
  第七,运动状态不变,就不受力,但可以产生力,或是传递力。不受力产生力——如:匀速运动自身不受力,但可以产生引力。不受力传递力——如:发射吸收光子,是在传递电磁力,但光子本身不受力,这其实是光速运动与非光速运动的相互转化。
  第八,质量度量了力,质量其实来源于受力。
  惯性质量——度量了惯性力,引力质量——度量了引力。也就是说,没有受力(相互作用),就没有质量,也没有加速度。
  由此可见,重力加速与运动加速度——本质都来源于受力,所以对时空的影响相同。因此,引力质量与惯性质量,也都来源于受力,即:非光速运动趋向光速运动,所带来的相互作用。
  同时,受力的方向即是运动变化的方向,或是运动变化趋势的方向;而反作用力,则指向运动变化或是运动变化趋势的反向,所以质量代表的不运动,会有惯性力,其实是反作用力,反向于运动变化的方向。
  从另一个角度来看,是微观的相互作用力——产生了质量。
  例如,希格斯场的相互作用产生了1%的质量,其它"电弱强"相互作用产生了99%的动质量,两者区别在于——前者是场的不运动,后者是粒子的运动,不运动产生质量,运动产生能量。
  需要指出的是:场不运动,是因为低温,低温是因为时空膨胀,这个过程可逆。
  而微观的相互作用,是以概率的形式随机出现的不运动(因为低温),然后这个不运动趋向运动,就产生了相互作用,于是在宏观概率统计上,最终呈现出了引力(也是惯性力)。
  因此,引力在微观是随机不确定的(不存在),但在宏观则展现出了引力质量(也是惯性质量)。
  那么,宏观的力,最终是作用并相对于微观场的(不相对于被作用物体),而力带来的加速度,其实就是微观场的状态变化。
  所以,力与加速度都是绝对的,不具有对称性。
  第九,质量限制了运动距离。
  光速运动,没有质量,不受力,可以运动无限远;非光速运动,有质量,受力,因为有力的相互作用,所以限制了运动距离。
  微观粒子被束缚在一起,构成了宏观物质,这些粒子不断衰变,过程中减少质量,辐射出光子,即:抵达光速,摆脱束缚。
  那么,束缚微观粒子的,就是基本粒子,束缚基本粒子的,就是希格斯场,希格斯场的束缚就是质量,而衰变是自发的,也来自基本粒子,这相当于逃脱了希格斯场的束缚,形成了质量自发转化成能量,即:从静止到光速。
  第十,质能转换产生对称与破缺。
  质量是对称性破缺,产生时空曲率,打破时间平移对称性,导致能量不守恒,接着质能转化,产生时间不均匀流逝,使得能量增加,对称性提高,直到质量消失,对称性恢复,能量守恒,其间总能量,即质量与能量,一直守恒。
  以上过程是因为,高温让质量转化为能量,对称性提高,势能减小;而相反,低温让能量转化为质量,对称性破缺,势能增大。
  那么,我们宇宙目前的整体状态是,质量自发衰变,势能减少,能量增大。
  而在局部,由于相对低温,高能量会(大概率)流向低能量,低势能会(大概率)趋向高势能——这可以理解为,无序运动中和有序结构,以增加整体熵值。
  可以想象这样的物理图像:自由度高的无序运动,在自由度低的有序不运动的周围,有自由度的"运动",有极大的概率,流向无自由度的"不运动",而不是相反。
  第十一,宇宙舞台上的大戏——质量、能量、运动与相互作用。
  运动是第一性的,即:
  运动的起点是——低温静止,运动的终点是——高温光速,对应的就是——质量与能量,而从"低温静止质量"到"高温光速能量"的过程,是由自发"运动"趋势带来的"相互作用"所推动的。
  而当抵达"运动的终点",此时会在"空间"的调控下,再次回到"运动的起点",从而最终形成了——质量与能量的运动循环。
  于是我们看到——"运动"带来"质能转化"推动"空间变化"进而又调控了"运动"本身。
  是的,宇宙中,没有无限,只有循环,而循环即是无限……
  第零,运动是万物的第一性。
  质量与力(相互作用)都是运动的"效应",运动即是能量,能量变化就是质量与力。在微观,一切都具有波粒二象性,波态是场的传播,粒子态是场的振动。在宏观,宇宙的膨胀与收缩,是物质与时空的运动。在统一,超弦理论认为,最微观的实体是振动的弦,而弦的振动形式决定了上层的基本粒子。
  显然,运动是"第一性的",能量则可以解释万物。黑洞循环
  根据黑洞无毛定理,一个黑洞就像一个基本粒子一样简单,因为基本粒子也是把质量、角动量、电荷集中在一个很小的体积内,而基本粒子反过来,可能就是一个"微型黑洞"。
  黑洞无毛定理(No-Hair Theorem)——是指无论什么样的黑洞,其最终性质仅由几个物理量(质量、角动量、电荷)唯一确定。这里"无毛"是信息量少的体现(或说是信息都丢失了),而"黑洞无毛"最初是物理学家惠勒的猜想,后来得到了证实。
  实际上,根据广义相对论,黑洞没有极小质量的限制。任何质量的物质,如果被挤压得足够小,它可以成为一个黑洞——因为不论质量多小,只要挤压的更小就可以了。这样,从理论上,我们可以得到和基本粒子一样大小的黑洞,而基本粒子和黑洞之间的性质,又是如此惊人的一致。
  而在弦理论中,布赖恩·格林(Brian Greene)在《宇宙的琴弦》中,说道:
  "我们发现,当卡-丘空间经过空间破裂锥形变换时(即卡-丘空间的相变),原来的质量黑洞会越来越轻,最后转化为一个没有质量的粒子——如零质量的光子——在弦理论中,那不是别的,就是一根以某种特别方式振动的弦。在这个过程中,我们看到黑洞与基本粒子像冰和水那样,是同一枚硬币的两面。"
  相变 ——就是从一种形式转化为另一种形式,就像水能以固体(冰)形式存在,也能以液体(液态水)和气体(蒸汽)形式存在,这些都是水的相。
  有意思的是,如果说宇宙起源于奇点,黑洞的中心是也是奇点,而黑洞形成于超大质量天体的塌缩,再把宇宙看成一个整体——一个超大超大质量的天体,那么宇宙起源的奇点——就是这个宇宙天体塌缩形成黑洞的中心奇点,那么这不仅是一个循环,更说明我们的宇宙处在一个黑洞之中。
  对此,格林在《宇宙的琴弦》中,指出:
  "还有些物理学家,这些年来用爱因斯坦方程探索了黑洞中心的性质。他们发现一个近乎疯狂的结果:黑洞中心可能隐约地连着另一个宇宙的入口。大概地说,我们宇宙时间在哪里结束,相连的另一个宇宙的时间就从哪里开始。"
  而黑洞又像一个粒子——于是,我们的宇宙就是一个"微型黑洞粒子"。
  那么,两个黑洞纠缠可以形成虫洞,两个粒子纠缠可以形成量子纠缠,所以虫洞就是量子纠缠的产物——两者都不稳定容易坍缩,都建立了超越时空距离的"超距作用"——只不过虫洞是宏观,量子纠缠是微观,这是宏观与微观的"循环统一"。
  接着,M理论(即弦理论的上层理论)的构造者,物理学家——爱德华·威滕(Edward Witten),在接受格雷厄姆·法梅洛(Graham Farmelo)采访时,曾这样说道:
  "这两件事情很相似,都非常令人困惑:宇宙常数非常小但它不是0,还有弱相互作用的能量尺度,以及基本粒子的质量尺度,从人类的角度看,这似乎是很多能量,但是与物理学中的其它能量相比,它们也很小。"
  从此,我们可以看出什么呢?
  宇宙常数——代表的是未知的能量,即暗能量,它提供了宇宙膨胀的真空斥力,与物质(即暗物质和普通物质)非常不同,目前对它的物理机制还不明确。
  曾经,爱因斯坦在引力场方程中加入宇宙常数,是为了得到一个静态宇宙,但后来哈勃常数的发现,证明宇宙是在不断膨胀的,于是爱因斯坦就去掉了这个宇宙常数。
  但再后来,天文观测发现,宇宙不仅在膨胀还在加速膨胀,这与原来认为的——宇宙从大爆炸开始减速膨胀的观点相矛盾,这说明一定存在什么"东西",提供了强大的斥力,抵消了引力,才能够令宇宙加速膨胀,而这个"东西",就以"暗物质"的形式,命名为了——暗能量。
  暗物质 ——提供了"看不见"的 引力 ,存在于星系和星团中,占全部物质总质量的85%,占宇宙总质能的28%,和 宇宙常数 无关。
  暗能量 ——提供了"看不见"的 斥力 ,均匀分布在宇宙中,占宇宙总质能的68%,代表 宇宙常数 的贡献。
  注: 暗物质和暗能量 ,都不会吸收、反射或者辐射光,所以人类无法直接使用现有的技术进行观测。
  于是,宇宙常数——就以暗能量的身份,又回到了引力场方程中,充当了令宇宙加速膨胀的常数项。
  那么,从宇宙尺度来看,暗能量的密度、基本粒子的弱力与质量都很小。而如果宇宙就是一个基本粒子——暗能量、弱力、质量,这三者的相似性,就可以很好的结合到一起。
  因为按照前文的观点,我们可以得到这样一个图景:
  宇宙粒子通过弱力把质量转化为能量,这个能量就是暗能量,弱力的作用是微小的,它所能转化的暗能量也是微小的,而基本粒子的质量微小,则对应了宇宙粒子相对于"上层宇宙"来说,质量微小。
  在此,我们看到的依然是一个——循环嵌套的宇宙模型,而光是无法离开黑洞的,这说明信息是无法离开宇宙粒子的,但质量可以(通过弱力),所以嵌套宇宙之间传递的信息——就是质量转化的能量——这有点粗略的类似,恒星消耗自身质量,向外辐射能量。
  数学物理学家(诺贝尔物理学奖得主)——罗杰·彭罗斯(Roger Penrose),在《宇宙的轮回》一书中,就说道:
  "经过那么漫长的岁月,宇宙的物理组成(以粒子数来说)将主要包含光子——来自经过巨大红移的星光和CMB(宇宙微波背景)辐射,也来自霍金辐射——它最终将以低熵光子的形式,带走无数巨大黑洞的几乎所有的「质量-能量」。"
  而有趣的是,理论物理学家——加来道雄,在《平行宇宙》一书中,指出:
  "M理论,还为暗物质之谜提供了说得通的答案,虽然还只是猜测性的。想象有一个平行世界,恰好悬在我们的宇宙之上。在那个平行宇宙中的任何星系,对我们来说都是不可见的。但因为引力(根据M理论)是由超空间(即超过四维的空间)的弯曲造成的,所以引力可以在宇宙间跳跃。……因此,暗物质有可能是由平行宇宙的存在而造成的。"
  简而言之,暗物质可能就是来自平行宇宙的质量,它通过超空间对我们的宇宙产生了"看不见"的引力。时空循环
  哥德尔从(广相)引力场方程中,解出了一个时空循环的宇宙,即:宇宙中存在一种世界线是"封闭"的自我循环结构,这被称为——封闭式类时间曲线(Closed Time Like Curves, CTCs),并且根据哥德尔的计算,这类宇宙的尺寸应该是极大的——可能达到数十亿光年。
  而这种宇宙,没有入口也没有出口,从起点可以回到终点——这不仅说明,宇宙将会周而复始的循环,还隐含着穿越时间回到过去的可能——但回到过去,并不能改变历史(因为一旦改变就会形成一个新的平行宇宙)。
  为了庆祝爱因斯坦70岁的生日,哥德尔送给他一个令人惊讶的计算结果,作为礼物,即:引力场方程中——存在时空循环的宇宙。
  可以想象,就像乌比斯环(带)、克莱因瓶这种封闭的循环结构,如果宇宙就是这样类似的结构,那么身处其中就会发现,宇宙没有边界、没有内外、没有尽头——开始就是结束,结束就是开始。结语
  什么?这不是产生"永动循环机"了?那么,请问这个无限循环,是如何开启的呢?
  答案是——上层循环(不是上次循环),即:上层的无限循环,开启了下层的无限循环。
  是的,循环的答案——就是循环本身,也只需要循环,这是既是开始也是结束,即:循环(回路)就终极答案(永动机就是循环)。
  那么,这又有什么意义呢?——循环就是意义,也是意义的意义……

物体对物体做功谈到做功,必须要强调是哪个力对物体做功,如果是物体对物体做功,又是怎么回事呢?原来A物体对B物体可能施加了几个力,那A物体对B物体做功就是就是A对B所有力做功的代数和。例如图所示,势能之重力势能1。定义物体由于被举高而具有的能量叫作重力势能。2。公式重力势能的表达式为Epmgh,即物体的重力势能等于物体的重力mg和它的高度h的乘积。设一个质量为m的物体从高度为h的A点下落巧用恒力合并解题例如图所示,半径R0。8m的光滑绝缘导轨固定于竖直面内,加上某一方向的匀强电场后,带电小球沿轨道内侧做圆周运动,小球动能最大的位置在A点,圆心O与A点的连线与竖直方向的夹角为。在A运用系统牛顿第二定律快速解题任何两个或几个物体都可以看作整体,加速度可以相等,也可以不等。整体法优点是不需要考虑内力,因为内力之和为零。若用系统动能定理,要考虑内力的功,内力的功之和不一定为零。若系统内有几个有轻杆连接的机械能守恒另类解法例质量不计的直角支架两端分别连接质量为m和2m的小球A和B,支架的两直角边长度分别为2l和l,支架可绕固定轴在竖直平面内无摩擦转动,如图所示。开始时OA边处于水平位置,由静止释放,充气放气的三种解法高中物理题目经常出现一定质量的气体,如果气体质量发生了变化,那么理想气态方程也就失效了。例农村常用来喷射农药的压缩喷雾器的结构如图所示,A的容积为7。5L,装入药液后药液上方空气的力与速度倒数图像例如图所示,F1v图像是汽车牵引力F和车速倒数1v的关系图象,若汽车质量为210kg,由静止开始沿平直公路行驶,阻力恒定,最大车速为30ms,则以下说法正确的是()A。汽车的额定功说说金字塔的神奇说说金字塔的神奇一,金字塔八处诡异地方,至今都没有办法解释给人神秘的感觉,金字塔的存在,金字塔一直都是人们研究的对象,但是有些事情直接都无法解释。第1个诡异的地方,只要爬到金字塔的传送带电动机多做的功例如图所示皮带始终保持v3ms的速度顺时针运转,一个质量为m1kg,初速度为零的物体放在传送带的左端若物体与传送带之间的动摩擦因数0。15,传送带左右两端距离s4。5m。物体从传送中国四大无人区之一羌塘国家级自然保护区中科探在阿里羌塘国家级自然保护区位于西藏自治区北部,昆仑山可可西里山以南,冈底斯山和念青唐古拉山以北,总面积为24。712万平方公里。主要保护对象为保存完整的独特的高寒生态系统及多传送带问题做功分析例某快递公司分拣邮件的水平传输装置示意图如图所示,皮带在电动机的带动下保持v1ms的恒定速度向右运动,现将一质量为m2kg的邮件轻放在皮带上,邮件和皮带间的动摩擦因数0。5。设皮带
四川未来的科技城市成都无奈落榜,不是泸州,而是这座城市科技的发展给我们的生活带来了巨大的变化,我们的生活相比于之前已经是有了翻天覆地的改变,回过头来看之前的日子,总会觉得有一种不真实的感觉,我们从以前那个刚刚吃饱穿暖的国家,一跃成为现德国专家中国不可怕,可怕的是中国成为世上首个消灭沙漠的国家因为科技的发展使我们生活中使用的科技产品的数量不断增多,而使用它们需要消耗大量的能源,消耗能源的过程又会释放大量的温室气体,温室气体造就我温室效应使南北极的冰川融化,释放出冰川下的美国专家叹息如果中国这项技术不那么强大,美国何必忌惮中国在目前国内的科技界当中,最受关注的企业就是华为了,没有之一。这都得感谢我们大洋彼岸的邻居,美国无时无刻都在不遗余力地给华为打广告,就冲这点来说,全世界就没有任何一家企业能够有此殊荣美国专家中国难道不懂填海造岛的危害吗?这还自称是环保大国?科技的高速发展给我们的生活带来了非常多的便利,但是不知道大家感受到了没有,科技发展的同时,带来的是地球生态环境的巨大变动,不仅温室效应更加严重,同时地球上发生的大灾难的次数和频率也吉林中公事业单位我国发展战略的历史进程我国是典型的社会主义国家,在1978年实行改革开放以后,我国的发展战略先后进行了几次制定,后面随着时代的不断发展又进行了不断的更新与修正,下面简单的总结一下,方便记忆。1987年党时讯积石山马晓璐深入旅游大通道等地调研来源积石山县融媒体中心9月4日下午,积石山县委书记马晓璐前往旅游大通道,调研督导生态绿化修复工作。他强调,旅游大通道景观带打造要坚持生态优先战略,科学规划,下足绣花功夫把大通道打造吉林中公事业单位财政政策和货币政策的运用财政政策是政府运用国家的预算和税收,调节社会总供给和社会总需求平衡的经济政策。财政的收入包括税利债费。在通货膨胀和通货紧缩时,主要依靠税收和国债。财政的支出包括政府购买和政府转移支吉林中公事业单位社会意识一知识介绍(一)社会存在决定社会意识社会存在决定社会意识的内容和形式,决定社会意识的产生和发展。正是由于我国当前社会中有这样的经济发展,所以决定了在文化领域也就是社会意识拥有如此多吉林中公事业单位区分财政政策和货币政策1。定义财政政策是指政府运用国家预算和税收等财政手段,通过对国民收入的分配和再分配,来实现社会总供给和社会总需求平衡的一种经济政策。货币政策是指中央银行通过控制和调节货币供应量以保吉林中公事业单位区分财政政策和货币政策财政政策和货币政策是国家宏观经济调控的两大基本政策手段。二者主要是通过实施扩张性或收缩性政策,来调整社会总供给和总需求的关系。二者既各有侧重,又紧密联系,必须把握和正确处理二者的关世界首次!太空中运行旋转爆震发动机(RDE)JAXA空间科学研究所是与东海国立高等教育研究所名古屋大学未来材料与系统研究所名古屋大学工学研究生院庆应义塾大学和室兰工业大学(以下简称toas,这个系统)被搭载在观测火箭S520