在過去的日子里,我們?nèi)祟愅ㄟ^不斷地觀察、總結(jié)和思考,逐漸發(fā)展出了一個龐大的科學(xué)理論體系,這些科學(xué)理論有助于我們更好地理解宇宙萬物,也一直在推動著人類文明的進步。
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然而并不是所有的科學(xué)理論都能被人們輕易認同,甚至有一些已被證實的科學(xué)理論,卻仍然很難令人接受,因為太反直覺了,下面我們就來看三個具體的例子。
一、空間可以彎曲
空間是一個相對比較抽象的概念,通常我們將其定義為物質(zhì)存在、運動的場所,在過去的很長一段時間里,人們都認為空間不會隨任何外部的作用或觀察者改變,但著名的物理學(xué)家阿爾伯特·愛因斯坦,卻提出了一種反直覺的科學(xué)理論。
他指出,空間是一種物質(zhì)客觀存在形式,并且在特定的條件下,空間還可以發(fā)生彎曲,例如任何具有質(zhì)量的物體,都可以讓空間發(fā)生彎曲,質(zhì)量越大,空間彎曲的程度就高。
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盡管該理論在提出之后遭到不少的質(zhì)疑,但也有一些人對此表示認同,物理學(xué)家亞瑟.斯坦利.愛丁頓就是其中之一,他認為,根據(jù)愛因斯坦的理論,像太陽這樣質(zhì)量巨大的天體,應(yīng)該可以讓空間發(fā)生可觀測得到的彎曲,所以當其它恒星發(fā)出的光線在經(jīng)過太陽附近時,就會因為空間的彎曲而發(fā)生偏折。
為了驗證這種理論,在1919年的時候,愛丁頓帶領(lǐng)他的研究團隊,利用一次日全食的機會,在非洲和南美洲測量了太陽所在天區(qū)附近的恒星,在經(jīng)過大量的對比之后,該團隊發(fā)現(xiàn),這些恒星的位置與日面的確存在著一定的偏差,并且這個偏差的幅度與愛因斯坦的理論預(yù)測值相符,而這也是人類首次證實了空間可以彎曲。
在接下來的時間里,該理論又被多次證實,一個最直接的證據(jù)就是科學(xué)家在宇宙中觀測到的“引力透鏡效應(yīng)”。
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簡單來講,如果在觀測者與目標天體之間存在著一個大質(zhì)量天體,那么目標天體所發(fā)出的光線,就會在經(jīng)過大質(zhì)量天體附近時發(fā)生彎曲,這樣一來,觀測者就會觀測到更多來自目標天體的光線,同時還會因此看到一個或多個由光線彎曲而形成的虛像,由于這種現(xiàn)象與透鏡對光線的折射作用類似,因此就被稱為“引力透鏡效應(yīng)”。
時至今日,科學(xué)家早已確定了“引力透鏡效應(yīng)”在宇宙中真實存在,科學(xué)家甚至還可以利用這種效應(yīng)對宇宙深空進行探索。
二、時間可以變慢
這個理論同樣是愛因斯坦提出的,其內(nèi)容可以簡單地描述為:時間流逝的速度并不是一成不變的,對于一個特定的物體而言,它的速度越接近真空中的光速,或者它受到的引力作用越強,那么它所經(jīng)歷的時間就越慢。
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可以看到,這樣的描述是相當反直覺的,然而該理論卻已得到了證實,比如說在進行過多次的“飛行原子鐘實驗”中,科學(xué)家將高精度的原子鐘放置在飛機上,然后讓飛機圍繞著地球飛行,在飛行結(jié)束后,再將飛機上的原子鐘與地面上的原子鐘進行對比,看看兩者的時間是否存在差異,而實驗結(jié)果都與理論值相符。
又比如說科學(xué)家發(fā)現(xiàn),當宇宙射線與地球的大氣層發(fā)生相互作用時,會產(chǎn)生一種被稱為“渺子”(μ子)的微觀粒子,由于這種粒子的平均“壽命”只有2.197微秒,會在極短的時間內(nèi)發(fā)生衰變,因此它們原本應(yīng)該無法抵達地球表面,然而事實卻是,我們在地球表面經(jīng)常會探測到這些“渺子”的蹤跡。
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為什么會這樣呢?原因就是,這些“渺子”的速度接近光速,其經(jīng)歷的時間也因此變慢了很多,所以它們才有機會抵達地球表面。
除此之外,現(xiàn)在我們經(jīng)常使用的衛(wèi)星定位系統(tǒng),也可以證明時間確實會變慢,因為衛(wèi)星的速度快、并且它們所受到的地球引力比地球表面更小,這會導(dǎo)致衛(wèi)星經(jīng)歷的時間比地球表面更慢,所以衛(wèi)星定位系統(tǒng)都會借助愛因斯坦的理論來進行校正,不然的話,每12小時就會出現(xiàn)大約7米的偏差。
三、物質(zhì)可以“無中生有”
這個理論來自量子力學(xué),其內(nèi)容簡單來講就是,根據(jù)不確定性原理可以推導(dǎo)出,宇宙中的能量會不斷地出現(xiàn)極為短暫的漲落,這會持續(xù)地激發(fā)出正負粒子對,這些粒子總是會一對一對地出現(xiàn),然后在非常短的時間內(nèi)湮滅。
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這種現(xiàn)象被稱為“量子漲落”,根據(jù)該理論的描述,“量子漲落”在宇宙中無處不在,就算是真空也不例外,也就是說,真空并不“空”,其中隨時都存在著“無中生有”的物質(zhì)。與前兩種科學(xué)理論相比,這樣的描述可以說是更加令人難以接受,然而該理論同樣也得到證實。
早在1948年的時候,物理學(xué)家亨德里克·卡西米爾就設(shè)計了一種實驗,根據(jù)他的設(shè)想,假如把兩片非常薄的金屬箔平行置入真空之中,然后讓它們互相靠近,那么當距離足夠近的時候,兩片金屬箔之間的“量子漲落”就會因為受到限制而小于外側(cè)的空間,如此一來,外側(cè)的“量子漲落”就會對金屬箔產(chǎn)生向內(nèi)的推力。
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這種現(xiàn)象被稱為“卡西米爾效應(yīng)”,其產(chǎn)生的力被稱為“卡西米爾力”,由于該實驗要求的精度很高,需要嚴格排除電磁力、引力等其他因素的干擾,因此直到1996年,科學(xué)家才首次成功地完成了這個實驗。
實驗結(jié)果表明,“卡西米爾效應(yīng)”確實存在,并且實際測量的結(jié)果與理論值的誤差小于5%,在10納米的間距,兩片金屬箔受到的“卡西米爾力”大約相當一個標準大氣壓。
在此之后,這個實驗又被多次重復(fù)進行,科學(xué)家將金屬箔替換成了其他材質(zhì)的箔片(比如說硅片),同樣也會產(chǎn)生“卡西米爾效應(yīng)”,而這也就意味著,在微觀世界中,物質(zhì)確實可以“無中生有”。
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