Monday, September 27, 2021

What string theory

 

網誌:弦理論?

科學家邁向萬有理論 (Theory of Everything),即解釋萬物的終極理論,雄霸過去十多年的一直是弦理論(String Theory)[1],近年來卻出現了另類的新思維。

這對我來是面目一新,其中一些新理論完全離了弦的想法,而且立論不失優美(elegant)。當然,這不代表問題已解決,而是顯示有人已選擇了其他的途徑,試圖改變現狀。

今天談的一個新想法的例子,名為「引力的」,是一位荷蘭科學家Erik Verlinde 提出的。故事要從霍金的黑洞學開始:由於量子效應,有輻射會從黑洞邊緣溢出(所以黑洞並非將所有範圍的物質吸進,因而並非全黑!)。這些輻射帶有熱力,於是作為輻射源頭的黑洞具有溫度。從黑洞的質量和溫度,我們便知道它的熵值。由於能量不滅,只可從一種形式(例如熱力) 轉為另一種(例如動力)…… (下省一千字) 輾轉下Verlinde竟然可以導出愛因斯坦的廣義相對論來!


其實,Verlinde 的理論指出,重力(gravity) 之所以存在,是源於兩堆不同質量(masses) 之中的空間所含的不同資訊(information) 集中量。由於資訊與秩序(orderliness)息息相關(想像資訊與噪音的對立),而秩序與亦然(隨時間增加,秩序則隨時間趨向混沌),故此他的理論能導出廣義相對論並不出奇。

令人詫異的倒是,以上的結果意味著我們一直所理解的時間和空間原來並非最原始的基礎,而是物理學上更深入過程中的結果。

在此,量子力學與相對論(即重力) 站在同一位置,均是物理學上尋找宇宙本來面目更深入過程中的結果

若果Verlinde 的理論正確,則佔宇宙之內絕大部分質量、令人百思不解的暗物質(dark matter) 問題自然消失。

            當然,事情沒有這麼簡單,否則萬有理論找到了,自然會是大新聞。Verlinde 的理論,目前有其他學者從理論方面評估及從實驗方面求驗證,都遇到不少問題。但同時也觸發這方向往下游的新思維。

            新思維之一是對「因果關係」的詰問。由於Verlinde 的理論中,時間和空間已非最原始的基礎,人們對這兩者原有的次序(因果) 起了顛覆想法,即事件A導致事件B,與及事件B導致事件A,可同時並行不悖!

            這般匪夷所思、令人摸不著邊際的事,我們原來也不陌生。一個世紀前出現般的廣義相對論和量子力學不也是一樣,不也是有違常理![2]

            新理論的出現,代表有人希望離弦理論的枷鎖,未嘗不是好事。

 

 

27-9-2021

[作者保留版權]

[1] 簡單來,弦理論建議的是,宇宙是由極微細的物件組成,而這些物件則是像樂器上的弦一般地振動。弦理論過去十多年主導了思想潮流,唯欲要成為萬有理論,需於一般理解的四維空間(時與空) 上另加上六、甚至七維度;它又涉及數目達10之後500個零的多重宇宙(multiverse),人類只活在其中之一。

[2] 相對論強迫人們屏棄過去將時空分隔的處理,量子力學則需接受該理論獨有的纏繞(entanglement) 和疊加(superposition) 原理。

Thursday, September 16, 2021

The shape of raindrop

 

網誌:雨滴的形狀

雨滴是怎樣子的?

一些海報或廣告上會顯示,頭頂是尖的似淚水或像自水龍頭釋出的水滴。


其實,雨滴一般是圓的。

實驗告訴我們,在空氣中小少1毫米的雨滴是圓的。2 3毫米的雨滴已經受氣流影響,形狀趨扁平,像四季豆,或漢寶包上層的麵包。

製造滾珠及鉛彈 (lead shots),就是利用以上原理。在高塔上(紀錄是70米高),高溫、液態的鉛經過濾網,變成小滴,下墜至塔底的涼水,形成圓粒。自1960年代開始,出現了較經濟的方法,無須利用高台,而是將液態鉛通過一個孔口(孔口尺寸決定圓粒的大小) 釋出,即時掉進一盤熱的液體(如油類)約一米高的斜面,讓鉛粒繼續下墜,即成。

那麼,波子(彈珠)是怎樣製造的?方法是將液態的玻璃粒投進兩條平行並正在旋轉的聯鎖螺旋中間的坑上。隨著在坑上往前走,玻璃粒會逐漸冷卻及變圓。

 

16-9-2021

[作者保留版權]

[] 彈珠製造過程:https://youtu.be/oqQK5JY31qM