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愛因斯坦之后物理學(xué)的狀況及其革命性因素
（作者未知） 2009/7/28
（接上頁）景。在某種意義上也可以說，這是古老的以太概念在新科學(xué)中獲得了“新生”。比如，在現(xiàn)代場論中占有重要地位的真空自發(fā)破缺，就與這種“新以太”觀念有著內(nèi)在的聯(lián)系，而當(dāng)前對真空結(jié)構(gòu)的研究就可以看作是對以太結(jié)構(gòu)的研究。其實(shí)，李政道博士在研究“不尋常核態(tài)”的工作中，也發(fā)現(xiàn)空虛空間存在著真空物質(zhì)。現(xiàn)在，人們已經(jīng)認(rèn)定，真空是一種物理實(shí)體，它能對其它物質(zhì)發(fā)生影響；真空具有相對論不變性，在有的情況下，真空也系某種介質(zhì)，當(dāng)不滿足某種不變性時(shí)，就形成真空自發(fā)破缺，從而使規(guī)范場粒子獲得靜止質(zhì)量；處于真空狀態(tài)的場仍保持持續(xù)不斷的振蕩，即所謂真空起伏，非阿貝爾規(guī)范場有一類特殊的叫作“瞬子”的真空物質(zhì)。
廣義相對論是物理學(xué)理論寶庫中前所未有的珍品。這個(gè)理論以其概念的深刻、結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)，內(nèi)容的新穎和推論的精確而為人稱道，但它之所以能轟動(dòng)一時(shí)，主要還在于它解釋了牛頓引力理論無法解釋的水星近日點(diǎn)的剩余進(jìn)動(dòng)，并預(yù)言出不久經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證實(shí)的光線偏折和引力紅移。50年代，有人改良了儀器設(shè)備，將厄缶實(shí)驗(yàn)的精度10－8提高到10－11，證明引力質(zhì)量與慣性質(zhì)量相等，近幾年又有人將精度提高到10－12的數(shù)量極，這也是對等效原理的支持。由于采用穆斯堡爾效應(yīng)，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證了引力紅移。有人早已通過測量人造衛(wèi)星中懸浮陀螺的進(jìn)動(dòng)，來驗(yàn)證廣義相對論。70年代初，又有人通過測量對遙遠(yuǎn)行星的雷達(dá)回波的方式檢驗(yàn)了廣義相對論。70年代末，幾家大天文臺(tái)同時(shí)報(bào)道采用射電天文學(xué)的方法測量某些類星體發(fā)出的射電信號(hào)經(jīng)過太陽的彎曲程度，大大提高了檢驗(yàn)光線偏折的精度，對廣義相對論提供了新的實(shí)驗(yàn)支持。
但是，廣義相對論也面臨著一些困難和亟待解決的問題。廣義相對論一建立，愛因斯坦就企圖用它來描述作為一個(gè)整體的宇宙大尺度的行為。從此以后，廣義相對論和天文學(xué)密切結(jié)合，形成了相對論天體物理學(xué)的一個(gè)富有成果的領(lǐng)域——現(xiàn)代宇宙學(xué)。值得一提的是，現(xiàn)代宇宙學(xué)在60年代取得丁長足的進(jìn)展，觀察材料已經(jīng)支持早期宇宙的大爆炸模型，發(fā)現(xiàn)了空間各向同性的微波背景輻射。在這里，尤為值得一提的是霍金(S．Hawking)等著名的相對論學(xué)者關(guān)于黑洞理論和大尺度時(shí)空結(jié)構(gòu)的研究。廣義相對論的引力場在理論上存在著奇性，這種奇性具有十分奇特的性質(zhì)，沿著短程線運(yùn)動(dòng)的粒子或光線會(huì)在奇性處“無中生有”或不知去向。按照廣義相對論，演化到晚期的星體只要還有兩三個(gè)太陽的質(zhì)量，就會(huì)遲早變?yōu)楹诙�，包括光線在內(nèi)的任何物體都會(huì)被黑洞的強(qiáng)大引力吸到里面而消失得無影無蹤。不僅如此，黑洞還要不斷坍縮到時(shí)空奇性。時(shí)間停止了，空間成為一個(gè)點(diǎn)，一切物理定律，包括因果律都失去意義，一切物質(zhì)狀態(tài)都被撕得粉碎。此外，經(jīng)典理論中的一個(gè)黑洞永遠(yuǎn)不能分裂為兩個(gè)黑洞，只能是兩個(gè)或兩個(gè)以上的黑洞合為一個(gè)黑洞，其結(jié)果很可能是整個(gè)宇宙變?yōu)橐粋�(gè)大黑洞，并且早晚要坍縮到奇性。尋找黑洞的觀測工作也在穩(wěn)步進(jìn)展。1970年底，美國和意大利聯(lián)合發(fā)射了載有X射線探測裝置的衛(wèi)星，這顆衛(wèi)星工作到1974年，共探測到161個(gè)射線源，經(jīng)篩選確認(rèn)，天鵝座X-1最有希望是一個(gè)黑洞。另外，圓規(guī)座X-1與天鵝座X-1數(shù)據(jù)非常相似，也很有希望被證認(rèn)為黑洞。現(xiàn)在，關(guān)于黑洞的理論的研究正在進(jìn)展，觀察結(jié)果還有待進(jìn)—步證實(shí)。無論如何，廣義相對論竟然要求這類難以接受的奇性，無疑是一個(gè)難題�；蛘邚V義相對論本身要修改，或者物理學(xué)的其他基本概念和原理要有重大變更。
大爆炸宇宙學(xué)的研究越來越追溯到更早期的宇宙。特別是80年代以來，根據(jù)大統(tǒng)一理論發(fā)展起來的暴漲宇宙學(xué)，開始研究宇宙年齡約為10－36秒或更早期的情況。當(dāng)宇宙年齡小于10－36秒時(shí)，宇宙間不僅沒有星球，沒有化學(xué)元素，甚至連任何基本粒子也沒有，有的只是時(shí)間、空間和物理的真空。繼續(xù)追溯這種非常單純、非常對稱的狀態(tài)，便會(huì)得出時(shí)空創(chuàng)生于無(當(dāng)然也就是說宇宙創(chuàng)生于無)的結(jié)論。其實(shí)，空間和時(shí)間的非永恒性，在相對論和量子論中已有強(qiáng)烈的暗示。按照相對論，不同的運(yùn)動(dòng)觀測者將測得不同的時(shí)間值。最有趣的例子就是雙生子佯謬，它描述的是兩個(gè)觀察者開始在一起，最終又在一起，但由于中間的運(yùn)動(dòng)情況各不相同，則二者所測得的歷時(shí)是不一樣的。因此，原則上講，要精確地測量時(shí)間，就必須精確地知道測量者的運(yùn)動(dòng)軌跡。然而，量子論中的測不準(zhǔn)原理告訴我們，不可能精確地了解任何一個(gè)物體在時(shí)間中的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而也就原則上否認(rèn)了精確測定時(shí)間的可能性。這個(gè)精度的限制是
lp～(hG/c3)1/2～10－33厘米，
tp～(hG/c3)1/2～10－43秒，
其中h是普朗克常數(shù)，G是萬有引力常數(shù)，c是光速。lp和tp分別叫做普朗克長度和普朗克時(shí)間。它們的意義是：我們無法造出一種“尺”和“鐘”，用來測定小于lp的長度和小于tp的時(shí)間。一個(gè)量在原則上不能測量，就不會(huì)有物理意義。這表明，在（未完，下一頁）
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