欧洲南方天文台的超大型望远镜首次发现,一颗恒星围绕着银河系中心的超大质量黑洞运行,正如爱因斯坦的广义相对论所预测的那样,它的轨道形状就像一个玫瑰花结,而不是牛顿引力理论所预测的椭圆形结构。新浪科技新闻北京时间7月24日消息,也许物理学最强大的方面其实是宇宙中最神奇的东西,也就是物理学定律和理论的普遍性。
一些方程可以解释宇宙边缘的各种现象,以及从大爆炸的初始阶段到宇宙不可预知的未来。让我们体验一下现代物理学是多么强大。
引力游戏
爱因斯坦的广义相对论是我们关于重力如何工作的现代理论:物质和能量弯曲时空,这反过来揭示了物质如何运动。数学计算有点复杂,需要一组10个相互关联的方程来描述所有这些弯曲、变形和运动现象。但是这些方程包含了巨大的能量。
例如,在弱引力极限中,爱因斯坦方程被简化为人们熟悉的牛顿引力公式,它可以用来解释从投掷棒球到水力发电大坝的一切事物的轨迹。在地球表面之外,爱因斯坦的相对论方程被用来提供全球定位系统的精确定位和精确预测所有行星的轨道。
这些方程完全相同,没有任何修改,并继续展示更多事物的真实原理,揭示黑洞的存在和运行模式,宇宙中最大结构的增长,星系中暗物质的存在,以及BIGBANG现象。
所有这些都来自一组跨越空间和时间的10个方程。事实上,这表明宇宙在早期处于一个“有限的年龄”。
核能
当物理学家在20世纪40年代开始破解核密码时,他们并不知道他们不懈的努力会解决天文学中最令人困惑的谜团之一:恒星是如何工作的。在此之前,科学家们通过地质学和古生物学揭示的地球年龄,用所有已知的物理方法进行了各种尝试来解释为什么太阳保持高温和明亮。然而,这些尝试通常以失败告终,即使是最好的解释也只能持续数百万年。
然而,核物理是一个全新的游戏。一旦物理学家发现了引发核聚变所需的条件(即超高压、高温和高密度),他们就会意识到这种情况并不总是人为的(核弹和反应堆),而是存在于宇宙和自然之中:恒星的核心区域。
氢的核聚变是数十亿年来恒星自己提供能量的一种方式,物理学家使用方程式来理解将核反应转化为可用能量的过程。从最小的原子到最大的恒星,核物理中相对较新的东西——以一种令人惊讶的方式结合了宇宙。
运动定律
但是人们不必使用深奥的相对论方程或复杂的核反应计算来发现物理学的普遍性,这可以像车祸一样简单直接。
当两辆车相撞时,能量和动量守恒定律可以应用:碰撞前的总能量和动量必须等于碰撞后的总能量和动量。通过一个简单的陈述,调查人员可以重现事故现场,并找出哪个司机有问题,以及是什么导致了碰撞。
汽车并不是宇宙中唯一碰撞的东西,恒星碰撞、星系融合、气体云混合等等也是如此。在某种程度上,很少有天文学或物理学论文没有提到能量和动量守恒,科学家用这些原理来理解宇宙中的一切。
为什么气体云会辐射能量?中子星为什么会改变速度?如何实现能量和动量守恒?
当这些星系碰撞时会发生什么?在这种情况下如何遵循能量和动量守恒?下一次,如果你开车撞上了,花点时间想想在碰撞的瞬间动量守恒是如何被遵循的,以及这个原理是如何在宇宙中应用的,不管你在哪里。(叶青城)