能量的碎片可能是宇宙的基本组成部分

物质是什么构成了宇宙,但是什么构成了物质呢?对于那些思考它的人来说,这个问题一直很棘手,尤其是对于物理学家而言。我的同事Jeffrey Eischen 和我描述了物理学的最新趋势,并描述了一种思考物质的更新方法。我们建议,物质不是像长期以来想像的那样由粒子或波构成,而是(从更根本上来说)由能量碎片构成。

从五到一

古希腊人设想了物质的五个基本组成部分-从下到上:土,水,空气,火和以太。从地球的有利位置观察,以太是充满天空并解释恒星旋转的物质。这些是建立世界的最基本的基础要素。他们对物理元素的概念在近2,000年中并未发生太大变化。

然后,大约300年前,艾萨克·牛顿爵士(Isaac Newton)提出了所有物质都存在于称为粒子的点上的想法。在那之后的一百五十年,詹姆斯·克莱克·麦克斯韦(James Clerk Maxwell)引入了电磁波–电磁,电和光的潜在且通常不可见的形式。曾担任基石力学和波的粒子电磁和公众的粒子和波作为两个解决此事的积木。粒子和波一起成为各种物质的基础。

这是对古希腊人五个要素的巨大改进,但仍存在缺陷。在一系列著名的实验(称为双缝实验)中,光有时像粒子一样起作用,而其他时候像波一样起作用。尽管波和粒子的理论和数学使科学家能够对宇宙做出难以置信的准确预测,但这些规则在最大和最小的尺度上却被打破了。

爱因斯坦在他的广义相对论中提出了一种补救办法。爱因斯坦使用当时可用的数学工具,能够更好地解释某些物理现象,并解决了长期以来与惯性和重力有关的悖论。但是他没有改进粒子或波,而是在提议时空扭曲时消除了它们。

通过使用较新的数学工具,我和我的同事展示了一种可以准确描述宇宙的新理论。我们认为可能存在比粒子和波浪更根本的构造块,而不是将理论基于空间和时间的扭曲。科学家们理解,粒子和波是存在的对立面:粒子是物质的源头,它存在于单个点上,而波除了存在于产生它们的点之外,还存在于各处。我和我的同事认为在他们之间建立潜在的联系是合乎逻辑的。

能量流和碎片

我们的理论始于一个新的基本概念-能量总是“流经”时空区域。

认为能量是由充满空间和时间的区域的线组成的,它流入和流出该区域,从不开始,从不结束,从不相互交叉。

从流动能量线宇宙的想法出发,我们寻找了流动能量的单个构造块。如果我们能够找到并定义这样的事物,我们希望我们可以使用它来以最大和最小的尺度准确地做出有关宇宙的预测。

在数学上有很多构建基块可供选择,但是我们寻求一种既具有粒子又具有波特征的模块,既像粒子一样集中,又像波一样在空间和时间上扩展。答案是一个看起来像能量集中的构造块,就像一颗恒星,其能量在中心处最高,而离中心越远越小。

令我们惊讶的是,我们发现描述流动的能量集中度的方法非常有限。其中,我们发现只有一种符合我们对流动的数学定义。我们称它为能量的一部分。对于数学和物理学爱好者,其定义为A =-⍺/ r,其中⍺是强度,r是距离函数。

我们使用能量的碎片作为物质的基础,然后构造了解决物理问题所需的数学。最后一步是对其进行测试。

回到爱因斯坦,增加普遍性

一百多年前,爱因斯坦转向物理学中的两个传奇性问题来验证广义相对论:水星轨道上逐年的微小位移(或进动),以及光通过太阳时的微小弯曲。

这些问题是尺寸谱的两个极端。物质的波动论和粒子论都无法解决它们,但是广义相对论却不能解决。广义相对论使空间和时间发生扭曲,从而导致水星的轨迹发生移动,而光的弯曲恰好是天文观测所看到的。

如果我们的新理论有机会用可能更基本的碎片代替质点和波动,那么我们也必须能够用我们的理论解决这些问题。

对于水星进动问题,我们将太阳建模为巨大的固定能量碎片,并将水星建模为较小但仍然巨大的缓慢移动的能量碎片。对于光弯曲问题,以相同的方式对太阳建模,但将光子建模为以光速运动的微小能量碎片。在这两个问题中,我们计算了运动碎片的轨迹,并得到了与广义相对论所预测的相同的答案。我们被惊呆了。

我们的初步工作证明了新的构建块如何能够准确地建模从巨大到微小的物体。在粒子和波分解的地方,能量构造块的碎片保持牢固。该片段可能是单个潜在的通用构建基块,可从中对该块进行数学建模,并更新人们对宇宙构建基块的思考方式。

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