我们知道目前人类对于物理的研究有两个方向,一个是宏观方向:
飞机为什么会飞,因为空气是一种流体,飞机在空气中的受力遵守流体力学原理
船为什么会浮在水面,因为液体虽然看似柔弱,但内部致密存在压强,排开液体后的压强差产生了浮力。
灯为什么会亮,因为电流存在热效应、或者发光二极管存在光电效应,能将电能转化为光能。
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另一个是微观方向:
为什么空气是流体,铁是固体?什么样的物质会成为流体。
为什么会产生水压,物质彼此间紧密排列的原因是什么。
为什么会产生光热效应,为什么会产生光电效应。电子究竟如何将能量转化为其他物质的温度、发光特征。
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由此你可以发现物理学的脉络:人类所见的世界现象,通过宏观物理转化为物质关系的理解;人类所见的物质关系,通过微观物理转化为对物质本质的理解。
但是,数学(物理),不仅仅只是对现象的总结,还是一种逻辑推演的过程。
举个例子,我们只知道一个笼子里面露出来几个头,几条腿,为什么能够得出笼子里面有几只鸡、几只兔子的结论呢?因为我们印证了兔子和鸡的头脚关系,在满足这个关系的前提下可以通过假设的逻辑方法推断出头、腿总数背后的鸡、兔个数关系。当我们猜想了之后,拉开幕布,观察到了真实的鸡兔数量,印证了我们的猜想。那么不论以后遇到的是几只鸡,几只兔子,我们都可以通过易于观察到的表征,理解背后难以被发掘的本质。
为什么需要观测宇宙,因为需要印证微观物理学的推导理论。
举个例子,我们以前通过观察容易观察到的6大行星总结出来了万有引力与行星轨道关系,通过这个关系推论了后续行星的轨道与质量。在往后的数十年间,随着观测手段的进步,海王星天王星被发现出来,印证了这样一个理论的正确性。
随着我们对物质本质的理解逐渐深入,常态化的物质已经越来越难以满足我们的观测需求。爱因斯坦预测了物质质量与能量之间的转化关系。但在此之前,没有已知的研究手段能够验证此推论,因为人们都无法通过已知方法实现消灭部分物质(不论是点燃炸药还是点燃木材,都只是破坏了物质之间的作用关系释放能量)。直到“粒子对撞”试验,通过非常态的试验,对一些物质注入他们平时无法获得的巨大能量,才能观测到剧烈的物质反应。
而现在,粒子对撞机也不一定能够满足我们所需的试验要求了。就比如如果我们想要再把质子的本质研究明白该怎么办?要用一座城市的电能去加速粒子,才能轰出微小的物理现象。那么如果我们还需要去研究夸克的本质是什么的时候,该怎么办呢?我们可能要用一整个地球的能源去轰击他,也许才能炸出比夸克更小的碎片。
地球上的能源不够,再到哪里去找合适的试验设备呢?
仰望星空,那一颗颗闪烁的星辰,正是绝佳的反应炉。巨大无比的质量、用之不竭的能量。星辰能够通过自身的庞大质量压碎原子,形成中子星。那加大质量还会得到什么呢?微观物理难以被现代技术观测,那么他的宏观表征是否可以被捕捉呢?多年以前在物质粒子尚未被观测到之前,“射线”宏观现象就已被发现,通过对射线的电磁研究,事实上佐证了微观物理学的推论。
观测宇宙的目的并不仅仅停留在观察星象的表征上,对宇宙的观测同时也是物理验证试验的其中一种方式。 |