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托木斯克理工大学和俄罗斯科学院学者的研究成果使爱因斯坦的广义相对论得到了严格的改进

2018-01-24 17:04:10 浏览:69

托木斯克理工大学教授伊戈尔·沙曼宁和俄罗斯科学院院士和教授尤里·特鲁特涅夫对以前只是在假设层面上进行过解释的物理现象——质量缺陷给出了一个严格的理论定义。据学者说,这一结果使爱因斯坦的广义相对论变得更加精确,日后可以帮助科学解决一系列未解决问题。例如,可以准确地确定目前被认为是无质量粒子的光子是否有质量,今天发现的新粒子是否也是这样的粒子,甚至可以计算宇宙中暗物质的总质量。

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研究结果发表在 JP Journal of Heat and Mass Transfer 杂志中。TPU基础工程培养学院自然科学部教授伊戈尔·沙曼宁说:“质量缺陷现象早在20世纪初就被发现,在核物理诞生之初就是一门科学。今天,任何核物理学家的工作都需要考虑到计算中的质量缺陷。现象的本质如下。想象一下,10个大小和质量相同的豌豆,如果将它们合并在一起会发生什么?按常理,我们应该得到一个大豌豆,它的质量将等于所有这些小豌豆质量的总和。但是,在核物理中,如果将几个粒子合并成一个,那么这个新粒子的质量会小于合并它的所有粒子的质量之和。这是一个悖论。我们知道,有一个普遍的质量保存法则,根据这个法则,“没有东西可以从无到有,也没有任何东西可以完全消失”。那么,这些粒子的总质量的其中一部分消失在哪里?为什么在分裂一个原子的原子核的时候,其组成部分的能量也和质量一样会变少?我们试图在我们的研究中找到这个问题的答案。”

现在,科学家认为,质量缺陷现象是作为一个公理而存在的,无需任何解释。先前只是试图以假设的形式给出定义,没有正式的根据。伊戈尔·沙曼宁和他的同事尤里·特鲁特涅夫成为第一个以数学方式证明质量缺陷现象存在的人。得到的结果与实验数据吻合。

伊戈尔·沙曼宁解释说:“首先,我们建立了一个数学模型,得到了一个确定的比例,进行了计算,然后在最轻的一些核心上检验了我们的结果。我们选的是诸如氦之类的元素。我们将这些原子核的组成成分分为相互作用核子的基对,然后用这些组成成分质量的表格实验数据与计算结果相对比。最终,我们成功证明“失去的”质量消失的地方。

学者解释说,质量的差异并没有消失。它作为物质存在形式之一,被转化为另一种形式——场能量,场能量由产生的有限稳定物理系统力量形成。如果这些力的强度很高,那么质量缺陷也会很明显。

科学家的成功取决于他们的计算超出了时空几何的属性。伊戈尔·沙曼宁说:“在大多数与万有引力定律和核物理相关的理论物理论文中,几乎是公理地认为时空度量决定了物理过程流动特征。我们坚持另一个在物理学家中不那么流行的理论,即物理过程决定了局部的时空度量。”

时空度量是物理学家工作的“工具”,借助这个工具,可以创建时空中流过的物理过程的数学图像。伊戈尔继续说:“我们决定绕开这个逻辑。只是选取一个单独的地方点,并在时空属性以外研究它。我们的结果证实了物理过程决定了局部的时空度量。也许,对这一现象的解释会有助于我们日后回答理论物理中的其他许多悬而未解的问题。例如,今天认为光子没有质量。但是,有假设认为光子是质量的。而且,它是有内部结构的。我们所提出的理论将有助于回答这个问题。”

此外,他补充说,我们的方法可以帮助找到暗物质和暗能量存在问题的答案。例如,在时空的属性之外,可以尝试计算宇宙中所有暗物质的质量。

伊戈尔·沙曼宁总结道另一个有趣的问题是新粒子的发现。我们知道,在亚光速度下两个粒子碰撞时,几乎总是形成新的粒子。今天有很多基本粒子,它们分为不同的类型。然而,如果我们考虑到一个事实,即物理过程影响时空结构,而不是相反,很可能是我们发现的已经存在的粒子改变当地的时空度量。就像从不同的侧面看同一个物体一样从右边看,它是这样的,从左边看,已经完全是另一回事...... .当然,我们的工作是不是为了找到所有悬而未问题的答案,但第一步已经走出去了继续在这个方向前进,我们会获得更多有趣的东西。


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