理论教育 宇宙起源:解析电磁与物理定律

宇宙起源:解析电磁与物理定律

时间:2023-09-29 理论教育 版权反馈
【摘要】:严格地说,所有的物理定律都是在电磁科学的体系内演化而来的。这也是让我们发现所有属于电磁物理学的物理实质的主要推动力。电磁波的能量速度由下式给出:式中:μ,ε分别为介质的磁导率和介电常数。光速可表示为式中,μ0,ε0分别为真空中的磁导率和介电常数。从爱因斯坦质能方程来看,能量和质量是等价的,能量是电磁辐射的一种形式。参考爱因斯坦质能方程式(1.8),暗能量和暗物质主宰了整个宇宙能量储量,远远超过95%。

宇宙起源:解析电磁与物理定律

严格地说,所有的物理定律都是在电磁科学的体系内演化而来的。此外,所有物理实质都是基于电磁科学的一部分,并且地球上所有的生物物种基本上都依赖于太阳提供的能源。到达地球表面约78%的阳光集中在可见光谱窄带内。相应地,地球上所有的生物物种都在进化,而人类进化出了一双眼睛(光学天线)来帮助我们生存。这种窄波段的可见光让我们得以发现自然界中更宽波段的电磁光谱分布。这也是让我们发现所有属于电磁物理学的物理实质的主要推动力。原则上,所有物理实质都可以通过电磁相互作用进行观察或检测,而光速就是当前的极限。

我们面临着另一个问题:光速为什么是有限的。一个简单的答案是,我们的宇宙充满了限制光速的物质。电磁波的能量速度由下式给出:

式中:μ,ε分别为介质的磁导率介电常数

光速可表示为

式中,μ0,ε0分别为真空中的磁导率和介电常数。

鉴于式(1.13),很显然,由于距离是时间(d=ct,t=0),在空白子空间(无时空间)中的电磁波速度(光速)是瞬时的(或无限大的)。(www.daowen.com)

“一图值千词”是一个简单的例子,表明电磁观测是信息传输中最有效的方法之一。然而,除非出现新的科学定律,否则最终的物理限制也是由电磁领域的限制所施加的。爱因斯坦质能方程的本质表明,质量和能量是可以交换的。从爱因斯坦质能方程来看,能量和质量是等价的,能量是电磁辐射的一种形式。进一步注意到,我们宇宙中的所有物理实质都是由能量和质量创造的,其中包括暗能量和暗物质。虽然使用电磁相互作用可能无法直接观察到暗物质,我们可以间接地检测到它们的存在,因为它们本质上是基于能量的物质(基于电磁的科学)。有趣的是,我们的宇宙中72%是暗能量,23%是暗物质,剩下5%是其他物理实质。虽然暗物质贡献了我们宇宙的23%,但它代表了共计23%的引力场。参考爱因斯坦质能方程式(1.8),暗能量和暗物质主宰了整个宇宙能量储量,远远超过95%。此外,如果我们接受宇宙大爆炸理论是我们宇宙的起源的观点,那么宇宙创生就可以从爱因斯坦与时间相关的能量方程式(1.11)开始,则:

式中,[∇·S(v)]代表发散能量算符。

在式(1.15)中,我们看到宽光谱带的强烈辐射能量以光速从致密物质中向外发散(爆炸),其中物质表现为巨大的能量储存体。很明显,这种创造是由时间点燃的,爆炸的碎片(物质和能量)开始向四面八方扩散,就像膨胀的气球一样。宇宙的边界(球体的半径)随着产生的碎片的扩散以光速膨胀。经过约150亿年才呈现出星座的当前状态,在这个状态下,宇宙边界仍然以超出当前观测范围的光速扩展。

参考一份最近的哈勃太空望远镜的使用报告,可以看到离我们约150亿光年远的星系。这意味着创造过程还没有停止。与此同时,宇宙可能已经开始自行地逆创造,这源于宇宙大爆炸发生后所有新创造的物质碎片(如星系和暗物质)产生的强烈汇聚引力。最后,我们要强调式(1.15)通过从空间无量纲方程到时空函数(S∇·)的转换获得了可行性:它描述了我们的宇宙是如何在宇宙大爆炸中被创造出来的。此外,式(1.15)的本质不仅仅是一个数学公式,从它的表现中可以看到它是一种象征性的表现,一种描述,一种语言,一幅图片,甚至一段视频。可以想象,我们的宇宙是如何被创造出来的——从爱因斯坦相对论到爱因斯坦质能方程,再到时空创造。

式(1.15)另一个需要强调的重要方面是:由于辐射能密度的速度(这个方程中的最后一项)受到光速的限制,所以创造并不是从绝对空的空间开始的。与通常认为宇宙大爆炸是从一个空白空间开始的假设相反。因为空白空间和非空的空间是互斥的,所以正如我们在这个等式中所显示的,宇宙大爆炸必须从非空的空间开始。还要进一步指出,只有数学家和理论物理学家才能在一个空白空间里进行物理大爆炸,因为理论物理是一种数学。如果允许一个虚拟的宇宙大爆炸在一个空白空间中发生,那么大爆炸能量密度(电磁波)的传播将是无限的,这样一来我们的宇宙将不是一个有界的子宇宙。这是时序宇宙创造与其他宇宙创造相比的几个区别之一,下面将进行描述。

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