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[纪录片] 引力的毛病[DVD-R/214M][英语中字][BBC地平线系列]【BT下载联盟原创】

浏览需支付 金币 2 本主题由 BT下载联盟 于 2008-8-15 18:36 设置高亮
这个片子很好看的,我以前看过,这次在看一遍。谢楼主了哦!

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简介过少,不知道怎么样?
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据说是用了一年来翻译字幕,真的让人十分佩服!

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好东西

不错,顶!!!

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引力漩涡

据柯洛维亚科夫假说,地核并非处于地球中央,受太阳、月亮和其他星球引力的影响,也处在不停的运动中。地核旋转犹如在地壳下面滚动一样,会引起地壳与地核之间岩浆的逆向流动,结果就产生了电磁场。
  此外,由于地球旋转轴的倾斜,地核会上下移动:夏天在北半球,冬天就移到南半球。因此,地核的赤道与地球的赤道就不吻合,相差有28纬度。而这个区域恰恰就是岩浆流的改向口。
  柯洛维亚科夫把地核赤道“定”于28度纬线,正是在这一区域大自然设下了许多神秘的陷阱。这一区域处于地球赤道以北5度、以南5度范围之内。如果利用想象力把它们用直线连结起来,那么我们眼前就会出现两个正五角形。
我们假设,地核开始向南移动。由于自身的巨大质量,它也像地壳一样具有自己的引力场。在地壳与地核旋转同步时,即共同构成地球惟一的力场,地球表面就不会发生重大的异常。
  但当地核向另一极移动时,或说地核的旋转与地壳不吻合时,地面上就出现异常:由于相反的力的作用,平静的湖泊中会突然冒出一股激流;地壳下软流层的岩浆像湖水旋涡似的环绕上涨,竭尽全力要把沉睡的地壳搅个地覆天翻。这就是引力漩涡。


引力漩涡的危害


如果人在船上,在这种旋转的灾难中,每个活细胞都会积累巨大的能量,而这些能量最终会把细胞毁掉。能量积累的大小取决于船只运动的方向。在逆漩涡行驶时,能量最大,人必死无疑。而且人在死亡前还会经受难以忍受的突发剧痛。
  当船只航向与漩涡旋转的方向吻合时,疼痛只会缓慢增加,直到人失去知觉。离漩涡中心越远,这种可怕的力量就越弱。在其外围,人们通常只会发现仪表失常。船只和飞机若与漩涡同向,还会获得额外的速度,提前到达预定点。
  柯洛维亚科夫肯定,引力漩涡造成的危害不仅在水下,而且也存在于空中。他计算出地球某些地区不宜飞行的日期,还制造出分成扇面的地球仪。此仪能帮助进入异常区域的海洋船只、飞机摆脱神秘陷阱。

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量子引力

量子引力,又称量子重力,是描述对重力场进行量子化的理论,属于万有理论之一隅;主要尝试结合广义相对论与量子力学,为当前的物理学尚未解决的问题。当前主流尝试理论有:超弦理论、循环量子引力理论、声学类比模型。

物理学中未解决的问题: 如何将量子力学与广义相对论/引力现象合并在一起,并且在微观长度等级下维持正确性?任何候选的量子引力理论能提供什么样可证实的预测呢?

历史背景
引力在经典描述下,是由爱因斯坦于1916年建立的广义相对论成功地描述,透过质量对于时空曲率的影响(爱因斯坦方程)而对水星近日点岁差偏移、引力场下光线红移、光线弯折等三种问题提出了完满的解释,并且至今为止在天文学的观测上,实验数据与广义相对论预测值的相符程度远高于其他竞争理论。由广义相对论描述经典引力的正确性很少有人怀疑。

另一方面,量子力学从狄拉克建立了相对论性量子力学的狄拉克方程开始,扩充成量子场论的各种形式。其中包括了量子电动力学与量子色动力学,成功地解释了四大基本力中的三者--电磁力、原子核的强力与弱力的量子行为。其中仅剩下引力的量子性尚未能用量子力学来描述。除了一方面对于引力粒子(引力子)的量子描述未能达成之外,两个成功的理论在根本架构上也有冲突之处:量子场论的架构是建构在狭义相对论的平坦时空下之基本力的粒子场上。如果要投过这种相同模式来对引力场进行量子化,则主要问题会发生在广义相对论的弯曲时空架构,无法一如以往透过重整化的数学技巧来达成量子化描述,亦即引力子会互相吸引,而当把所有反应加总常会得到许许多多的无限大值,没办法用数学技巧得到有意义的有限值;相对地,例如量子电动力学中对于光子的描述,虽然仍会出现一些无限大值,但为数较少可以透过重整化方法可以将之消除,而得到实验上可量到的、具有意义的有限值。

至于透过实验的检验,很遗憾的,量子引力所探讨的能量与尺度乃是目前实验室条件下无法观测得到的,有些学者提出一些观点可能可以透过天文学上的观测来检验,但仍属少数特例。因此希望从实验观测得到一些关于量子引力理论发展上的提示,现阶段仍属不可行。

推导量子引力理论的一般方法是假设这个等待发掘的理论会是简单优雅的,然后回头看看现前的理论,找寻对称性及提示以想办法优雅地合并它们成为一个更加普适的理论。这方法的一项问题是没人可以肯定量子引力是否会是一个简单优雅的理论。

需要这样理论的理由是为了要了解一些涉及庞大质量或能量以及很小尺度的空间的问题,例如黑洞的行为,以及宇宙的起源。

历史观点
历史上,对于量子理论与要求背景独立的广义相对论两者明显的矛盾曾出现过两种反应。

第一种是广义相对论所采的几何诠释并非究竟,而只是一个未知的背景相依理论的近似表现。举例来说,这在史蒂芬·温伯格的经典教科书《引力与宇宙学》里面被明白表示过。

另外相抗衡的观点是背景独立是基础性质,而量子力学需要被一般化,改写成一个没有缺省特定时间的理论。这样的几何观点在米斯纳、惠勒与索恩三人合写的经典著作《引力论》中详述过。

由理论物理巨擘所写对于引力意义采相反看法的两本书,很有趣地几乎同时发表于1970年代早期。出现了这样的僵局使得理查·费因曼(其对于使量子引力获得了解曾做过重要的尝试)在1960年代早期给太太的一封信中,绝望地写道:“提醒我不要再参加任何一个引力会议。”

站在这两种论点的前缘,(时至2005年)一个发展出弦论,而另一个发展出圈量子引力论。

不兼容性
量子力学与广义相对论间的不兼容
时至目前为止,理论物理上最深奥的问题之一是调和广义相对论——描述引力并且在大尺度结构(恒星、行星、银河)上可以适用,以及量子力学——描述其他三种作用在微观尺度的基本力。

广义相对论中重要的一课教导了我们没有固定的时空背景,而在牛顿力学与狭义相对论则有出现;时空几何是动态的。虽然在原则上容易掌握,这却是广义相对论中最难了解的概念,而且它所带来的结果是相当深远的,也没完全地探索完,即使仅就经典层级而言。就某种程度而言,广义相对论可以视作是一种关系理论,在这样的理论中,物理上唯一要紧的讯息是时空中不同事件彼此间的关系。

另一方面,量子力学则有赖于固定背景,既然它是从固定背景(非动态的)结构中起家的。在量子力学中,时间是开始就给定而且非动态的,恰如牛顿的经典力学一般。在相对论性量子场论中,一如在经典场论中,闵可夫斯基时空是理论的固定背景。最后,弦论是从扩充量子场论出发的,其中点粒子代之以弦样物体,在固定时空背景中做传递。虽然弦论的起源是在夸克局束(quark confinement)研究方面而不是在量子引力方面,很快就发现弦的频谱包括了引力子,而且弦的几种特定振动模式的“凝聚”等价于对原始背景的修改。

处在弯曲(非闵可夫斯基式)背景下的量子场论,虽然并非引力的量子理论,亦显示了量子场论中的一些假设无法被延伸到弯曲时空中,完善的量子引力理论就更不用提了。特别地说,真空—当它存在时—被指出和观察者所经过的时空路径有相依性(见盎鲁效应)。此外,场概念看起来比粒子概念还要来得基本(粒子概念被认为是描述局部相互作用的方便法)。后者观点是有争议性的,和史蒂芬·温伯格的著作《量子场论》在闵可夫斯基空间中所发展出的量子场论相矛盾。

循环量子引力是建构背景独立量子理论的努力成果。拓扑量子场论提供了背景独立量子场论的一例,但其没有局部的自由度而仅有有限个全局自由度。如此要描述3+1维的引力则显得不足;按照广义相对论,即使在真空,引力也有局部自由度。然而在2+1维,引力就可以是拓扑场论,而其也被成功地透过多种方法进行量子化,包括自旋网络的方法。

此外尚有三处量子力学与广义相对论的拉锯战。首先,广义相对论预言了自己在奇点会失效,而量子力学在奇点附近则会和广义相对论格格不入。二者,对于该怎么决定一颗粒子的引力场并不清楚;既然在量子力学的海森堡不确定原理下,粒子的位置与速度无法同时确知。最后一处的拉锯战并非逻辑上的矛盾,其涉及了“量子力学造成贝尔不等式的违反”(暗示有超光速的影响)与“相对论中光速作为速限”这两者间的困境。前两点的解决之道可能出自对于广义相对论有更好的了解。

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量子脱散(或译量子退相干)

量子脱散(或译量子退相干)指的是一量子系统状态间相互干涉(interference)的性质随着时间逐步丧失;常举的例子是“薛定谔的猫”状态。
薛定谔的猫状态可以两个高斯波包代表,可以看到两者的相干涉项会随时间指数衰退到零(e^(-t/Τ2);所定时间常数为T2),而变成两个独立不相干的波包单纯相加之和。以微观(microscopic)粒子双狭缝实验来说明,在脱散之前干涉项会造成观测上见到变动剧烈的亮暗波纹,显示出粒子亦具有波动特性(见波粒二象性);脱散之后,剩下两个独立的波包相加,犹如宏观(macroscopic)下典型物体,比如子弹之连续发射,累积结果为各自通过两狭缝之和。这也是为什么目前主流信念采信脱散现象是日常生活世界呈现典型模式的原因之一,另外的理由则和普朗克常数(Planck constant)的值很小有关。

环境相互作用
脱散现象,根据当前的看法,主要是因为所观注的“系统”(比如所在意的粒子或各种形式的量子位元)与“环境”——一个大非常多的量子系统——的相互作用会导致相位信息的丧失(主要会发生量子缠结,quantum entanglement)。当两者相互作用时,在能量上会出现随机扰动的热交换,而相位信息上就会因随机扰动而发生脱散,常用的模型是量子布朗运动。若以密度算符表示型写出“系统”量子态,可以发现脱散所造成的影响就是非对角线元素随时间变而为零。

观察者施行量子测量
脱散现象不仅仅是因环境存在所自发而生,当观察者进行量子测量时,也会发生不同程度的脱散——完全的信息获取(投影式测量,projective measurement),会导致完全的脱散;而透过量子非毁坏性测量(qunatum non-demolition, QND, measurement)以达部分的信息获取,脱散程度上就会是部分的。

量子脱散与量子信息科学
脱散现象对量子信息科学的影响可粗按其两大内容来说明。一是量子计算,另一是量子通信。我们知道在量子信息科学中,量子系统的状态含藏着信息的意义。量子脱散会使我们所在意的系统出现信息部份或完全丧失的结果,因此在量子计算上会造成计算结果出现误差干扰;而在量子通信上,一个环境充满扰动的信息传递通道(channel),在通道末端的收受者则有收到噪声及错误讯息的可能,需要除错系统如编码方法之协助。

量子脱散与人类意识
打从量子力学发展,部份物理学家就对于量子力学与人类意识的关联性提出理论方案。后来在量子信息科学兴起后,亦有科学家认为人脑是量子计算机,或者和量子信息相关效应有某种牵连,其中罗杰·彭罗斯爵士是代表之一,认为大脑意识与微导管中的量子引力效应有关。然若涉及量子计算,则量子脱散成为估算理论可能性的一项指标。在2002年《物理评论E》[1]中估算出量子脱散时间远短于神经元动作时间,暗示量子信息在脑部运作过程中应该是无足轻重的。

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地球引力

地球引力的来源
地球的磁场主要是南北两极的偶磁场,起源自地球内深部。地球主磁场的起因有很多学说,其中最合理的解释为发电机说。此说以为,地球的外核心中融化的铁、镍合金可以流动,由此流动而生电流;由电流之产生,更维持物质之继续流动,如此循环,周而不息,维持主磁场的存在。
地球引力的发现者
牛顿(Lsaac Newton)最早发现了地球引力,且与万有引力有关。
地球引力最强和最弱的地方
如果考虑地球的自转等因素,两极引力强,赤道引力最弱,这也是为什么卫星发射中心的纬度都很低的原因.
不加证明,我们可以给出一个定理,就是地球引力是连续变化的,这是显然的。然后,地心的引力为0,无穷远处引力为0,因此可以证明存在一个地球引力最大值的地方,这个位置在哪里呢,在万有引力除去自转离心力作用最大得地方,就是两极的金属矿上。北极是冰雪覆盖的一片汪洋大海地表没有矿藏,所以这个引力最大的位置就是南极查尔斯王子山脉南部的鲁克尔山北部的特大磁铁矿上。
至于地球上哪里引力最弱,这个从上面推导中可以看出,只有地球表面才有“引力最弱的地方”这个概念,那就是赤道海洋表面,然而这个引力最小点的位置随着月球的潮汐引力而不断移动着,绕着地球不断的跑。如果把问题放宽到整个地球,那么引力最弱的地方在地心,那里的引力为0 。
地球引力可能会消失
英国《观察家报》报道:科学家发现,保护我们免受外太空致命辐射伤害的地球磁场正迅速减弱,甚至可能消失,预示南北极即将易位。届时,平常无法触及大气层的强大辐射爆发将令地球急剧升温,造成灾难。
据爱丁堡英国地质勘探局汤姆森博士称,此前地球磁场已曾多次消失,是南北两极易位的先兆,大概每22万年便会出现一次,但最近已有近100万年没有发生,所以随时会再出现。

巴黎地球物理研究所科学家於洛更发现,最近两极附近的磁场消失速度特别惊人,明确显示两极即将易位,南极变北极,北极变南极。

於洛根据人造卫星过去廿年录得的磁场变化数据,发现在地下深层产生地球引力的熔流,在接近南北极位置出现巨大旋涡,并以加强磁场逆转的方向转动,因而削弱现有磁场,最终将导致两极易位。


磁场消失的影响和应对


其间磁场会出现短暂消失,届时将造成的破坏现时仍难以预料。不过最少人类射到太空的人造卫星都会因电磁紊乱而毁坏;靠侦测磁场变化本能而迁 徙的候鸟和移居动物亦会不知所措。而对人类来说,太阳粒子风暴扰乱大气层,将令高层大气升温,为气候带来无法预知的转变。

这将在何时发生亦难以估计。据分析古代熔岩得出的结果显示,在过往同类事件中,磁场减弱的情况可以延续数千年。但同时有其他研究员却称,两极易位有时只需数周。而更可怕的是,人类暂时都没有解决或应对方法。

地质学家及古生物学家发现,地球古代生物之突变与地磁反极有密切关系。例如中生代恐龙之突然出现及消灭,新生代哺乳动物之突然出现,以及有些有孔虫在几百万年前之突然全部灭种,都与地磁反极之时间完全符合。虽然详细之情形还不大清楚,但在地磁反极发生过程中,一定有一段时期是无地球磁场的,而此种没有地球磁场的情况可能对生物之演化有极大影响,使其消灭或突变。

地球偶极子主磁场并不固定,根据百多年来的纪录并理论上的分析,我们发现主磁场会渐渐减少,以至完全消失。然后变成相反的极位,即磁北极变成磁南极,磁南极变成磁北了!这种南北极周期性的变换,可由岩磁研究之结果中得到证明。目前的资料显示,地球主磁场平均每22万年反极一次,而最近之反极系发生在70万年前,这表示第一次地球主磁场之反极似乎早就该来临了。

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