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[求助] 统一场论(天体物理1)

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henryharry2 发表于 2012-12-13 11:44:46 | 显示全部楼层

地球磁场逆转之谜

 
在美国好莱坞灾难影片中,有一部灾难片假想地球磁场崩溃后的场景。而真实的地球历史上,确实多次出现磁场减弱甚至磁场发生倒转的现象。在过去的1.6亿年中,地球的磁场经常发生倒转,地磁南极变成地磁北极、地磁北极变为地磁南极的事件频繁发生。地球磁场逆转是全球科技界共同关注的重大课题,那么,地球磁场为什么会倒转呢?

为了解释地球磁场为什么会倒转,美国科学家提出了一个假说,这个假说认为,地球磁场代倒转是地核与地幔边界处的物质的“大雪崩”造成的。地球的地核分成内地核和外地核两部分,内地核是固态的铁芯,如月球般大小;外地核则是液态的铁,如火星般大小。地核之上的地幔层由密度很大的岩石组成,它和固态的铁芯把液态的外地核夹在中间。在液态的外地核与岩石质的地幔之间是不规则的边界面,也有地形的起伏,这和地球表面起伏不定的地貌类似。

多数地质学家认为,地球的磁场产生于外地核液态铁的对流,液态的铁流动起来,相当于电流的性质,而电流能够产生磁场,外地核的物质对流可能是由于铁在内地核表面结晶所导致的。地下5000千米深的地方,是内地核与外地核的交界处,在这里,外地核液态的铁时时结晶为固态。在这个过程中,液态铁里含有的一些密度轻的成分,比如氧、硫和硅,被释放并上升到距离地面2900千米深的核幔边界处。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-13 11:59:12 | 显示全部楼层

地球磁场逆转之谜

 
核幔边界处的温度比内地核表面低1000°C左右,因此那些轻的成分在核幔边界冷却,并浓缩成泥泞的沉积物。每100万年大概会堆积出几十米厚的沉积层,这些沉积物向上“落”在地幔下表面不平坦的地形上。由于核幔边界的地形起伏不定,有的地方比较陡峭,沉积物甚至会沿着斜坡滑动。在轻密度沉积物上升的过程中,沿途会使外地核的液态铁向内地核的方向流动,碰到坚固的内核后,液态铁流又会返回。

科学家猜测,铁流的往返运动使地球出现了磁场,在正常时期,磁场是稳定的。沉积物的积累和滑落过程每时每刻都在发生,液态铁流的往返运动同样也是每时每刻都在发生,但是地球磁场的倒转却并不是那么频繁的。因此,地下铁流和沉积物正常的上升和下落并不会强烈地改变地球磁场,只有那些剧烈的地下物质“大雪崩”,才会使地下发生翻天覆地的变化,导致地球磁场发生混乱,甚至出现磁场的倒转。上涌的物质流还会加热地核之上的地幔,让一些岩浆奔涌到达地球表面,形成大面积的火山岩。

科学家认为,小行星撞击地球是地磁倒转的根本原因。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-13 12:17:24 | 显示全部楼层

地球磁场逆转之谜

 
小行星撞击地球会带来生物大灾难。人们发现,伴随着小行星的撞击,地下岩浆会喷涌出来,形成面积广大的玄武岩。撞击是如何使地下物质以岩浆的形式喷出,形成玄武岩覆盖地球表面的呢?科学家认为,小行星或慧星撞击地球后,核幔边界处的沉积物被震荡,热的铁流会在某些薄弱处与地幔接触,迅速加热地幔物质,产生的岩浆上升到地壳的缝隙处,喷涌上来形成大面积的玄武岩。小行星或彗星倾斜地撞击到地球上,使地球磁场在几千年中崩溃,撞击甚至造成了地下物质上百万年的震荡,导致地球磁场缓慢地重建,地球磁极再次形成,发生了倒转。

有些学者质疑,引起恐龙灭绝的星体撞击事件确实曾伴随着印度德干高原的大面积的玄武岩的出现,但是当时却并没有发生地磁的倒转,这又该如何解释呢?
科学家认为,原因很简单,6500万年前的那次撞击是一次直立撞击。
造成恐龙绝灭的那颗星体撞到了中美洲尤卡坦半岛上,形成了一个大型的撞击坑。地质研究显示,尤卡坦半岛的大型撞击确实是直立撞击的产物。直立撞击不会在地幔和地核边界产生水平方向的分力,因此无法造成沉积物大雪崩,也就不会出现地磁倒转。而倾斜撞击则不同,一次大的倾斜撞击将强烈地影响核幔边界的沉积物状态,引发地磁倒转。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-13 12:31:55 | 显示全部楼层

地球磁场逆转之谜

 
在地球磁场倒转的历史记录中,有一个被称为“漫长沉寂”的时期,这个时期从距今1.2亿年开始,持续了3500万年,一次地磁倒转也没有发生过。在这个时期结束后,地磁倒转再次出现,而且又开始频繁发生,就像正常的时候一样。对这个反常的现象在提出“假说”以前无法作出合理的解释。
漫长沉寂说明地下沉积物不发生大雪崩,表明此前必定有一次剧烈的撞击“消耗”了大量的沉积物。在沉积物大雪崩地磁倒转后,由于沉积物的积累需要一定的时间,没有聚集足够的沉积物,即使发生星体撞击地球的事件,也不可能再次引发大雪崩,所以导致长时间根本没有地磁倒转的情况。因此,在漫长时间开始前,应该有一次剧烈的撞击事件,而且伴随着撞击事件,应该有岩浆涌出,形成大面积的玄武岩。

地球磁场为什么会倒转呢?直到今天,科学家们还没有定论。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-13 12:44:00 | 显示全部楼层

地球磁场逆转之谜

 
用过指南针的人都知道,地球就像一个大磁铁,磁北极在加拿大,磁南极在南极洲。指南针是一个小永磁体,小永磁体的南极指向地球的北极,小永磁体的北极指向地球的南极。这是它与地球磁场相互作用的结果。但并不是每个人都知道的是:指南针的方向并不是从来都指向南方的。
进入20世纪很久之后科学界才弄清楚,地球为什么会有磁场。物理学家很久以前就知道在导体中通过电流会产生磁场。目前一般可接受的关于地球磁场的理论,涉及地球液态核心的行为。在我们脚下大约3000多千米处,温度接近6000°C,压力大约是大气压的一百万倍。在这种条件下核心里的镍和铁是液态的。再往深处,在更大的压力下,原子被挤压在一起,不能流动遂成为一种固体。也就是说地核是由两部分组成,即:外地核(液态)、内地核(固态)。根据地震波测定,地球内部大约有2400多千米的厚度是液态的。

像这样的液态金属在旋转中产生磁场,磁场又再产生较强的电流,如此反复形成强大的地球磁场。科学家都相信地球和太阳的强磁场都是这样建立起来的。没有液态核心的天体则不会有这样强大的磁场。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-14 10:00:44 | 显示全部楼层

二十一世纪的布鲁诺

 
引力产生的宏观自旋比普朗克常数高几十个数量级,那么怎么样验证我们的量子引力论是正确的呢?原因是引力场是并发量子化的,只要牛顿引力子或者爱因斯坦引力子这个最小引力单元直接和普朗克常数联系就可以了,数以亿亿计的牛顿引力子集体行动就会比普朗克常数高几十个数量级,生成的虚引力子数量则服从牛顿的平方反比律从而恢复出经典牛顿引力。

以地球和月亮之间的牛顿引力为例,地球和月亮的突现自旋大小相反、方向相反,牛顿引力子的量子化则服从Feynman的吸收体理论。有趣的是,牛顿引力子看起来非常像苏武沛等人描述的有机导体中的孤子,从地球发射到月亮的虚牛顿引力子和从月亮发射到地球的虚牛顿引力子都只携带半个普朗克单位ħ/2,都只相当于孤子理论中的“半个粒子”。

这种巧合其实是必然的,原因正如我们已经分析过的,用动态重正化的方法量子化后的系统是一种弱Luttinger液体。在有机导体中,共轭聚合物会产生一个真正的准一维能带,动态重正化会产生一个虚拟的(位于抽象空间中的)一维能带,在目前的情形下由于地球和月亮互相感应,产生了一个由地球指向月亮的指向矢,指向矢与能隙杂化产生了真实的一维能带。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-14 10:28:15 | 显示全部楼层

二十一世纪的布鲁诺

 
掌握了正确的牛顿引力场量子化方法后,我们立刻发现了万有引力意味着万物有灵,土星光环中的大石头们或者银河系中的恒星以及行星之间会互相感应,产生一个能隙从而导致一个准一维能带的产生,排列成非常优美的姿势。人类所谓的“万物之灵”之说与托勒密的地心说如出一辙,属于人类“自我感觉良好”产生的一个自欺欺人的精神鸦片,托勒密的地心说认为地球是宇宙的中心——“感觉很好”,而所谓的“万物之灵”说则认为人类是宇宙的灵魂。

既然万物有灵,人类最多只能算是“万灵之一”,并且这个“万灵之一”看起来是宇宙中最没有意义的“万灵之一”,君不见土星的光环和银河系的旋臂已经存在了几十亿年,而人类自工业革命以来以破坏自然秩序为代价建立的所谓“秩序”只不过存在了数百年。

由于动态重正化意味着一条虚拟的弦,因此量子引力与弦理论有紧密的联系也就不足为奇。但我们还是比弦理论前进了很多;第一,没有手征性疑难,由于黑洞视界=瞬子,黑洞奇迹般地将破缺的手征对称性又恢复了;第二,由于没有了手征性疑难,量子反常问题也不存在了;第三,在我们的理论中,荷是射影空间中的无穷远点,弦是无穷远直线,就与热力学第三定律建立了联系,绝对零度也是无穷远点,无穷远点不可达,因此黑洞不存在奇点。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-14 10:48:18 | 显示全部楼层

二十一世纪的布鲁诺

 
万物有灵,可以看成是我们对“神学”的贡献。最重要的进步是我们发现宇宙很可能是可逆的(3岁小孩也应该看出来理应如此),换句话说,宇宙很可能是一个自旋为1/2的超级费米子——量子生命,正如哥白尼的日心说为“神学”留下了空间一样,这是我们为“神学”留下的空间——你可以认为宇宙这个超级量子生命是“上帝造的”。

弱相互作用是可逆的,假如黑洞吃进的是反中微子会将弱相互作用逆转过来;电磁相互作用是可逆的,假如哈勃红移的起因是宇宙有自旋;强相互作用是可逆的,假如黑洞只吃进光子不吃进重子,会造成黑洞内的重子跳到越来越高的激发态上,所谓“哪里有压迫,哪里就有反抗”,黑洞最终会Hold不住这些高能态的重子又重新释放出来。因此,黑洞会“减肥”,黑洞的视界面积会减小,按照现在的黑洞热力学,这和哈勃红移都意味着宇宙的熵减少。

只是宇宙轮回的方式可能很激烈——轴矢量场具有延迟爆发的特点。假设银河系和仙女座星系合并成一个巨椭圆星系,老年的巨椭圆星系会出现大黑洞吃小黑洞的情形;天文观测表明,银河系的中心除了一个巨黑洞外,其实还存在上亿个小黑洞,吃进的结果是产生超级的宇宙级喷流——正如巨椭圆星系M87一样;一个个新生的大小星系就在喷流中诞生。
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-15 09:52:02 | 显示全部楼层

奇怪的还是奇妙的统一?

 
随着我们对统一场论理解的深入,事情变得似乎越来越“奇怪”,无独有偶,还有一大堆看起来也很奇怪的结论,例如弦理论、圈量子引力等。我们的一个“奇怪”发现似乎是完成统一场论整合的登天途径:黑洞的视界会恢复破缺的弱CP对称性。这样一来好了,假如光子位于黑洞的外部,代表的是电磁力;假如光子位于黑洞视界上,代表弱相互作用;假如光子位于黑洞的内部,代表的是强相互作用。直观地理解,这似乎也是理所应当的;假如光子位于黑洞的内部,必然会被黑洞所禁闭,看起来像是胶子。

所以这个“奇怪”的发现应当是统一理论的试金石,弦理论到底是“美女”还是“野兽”?全世界无数弦理论家经过了数十年的努力完成的理论中,哪些属于“数字”、哪些属于“物理”?都将在整合中一览无遗,这对于弦理论来说是前所未有的机遇和挑战。

如果黑洞的视界会恢复破缺的弱CP对称性,就意味着黑洞的视界可能就是传说中的TeV膜,这正是电弱统一的能标。那么大统一的能标在哪里呢?肯定在黑洞的内部,直观上这一点也容易理解,黑洞的内部肯定比黑洞的视界能量要高,那么大统一能标到底在黑洞的何处?
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 楼主| henryharry2 发表于 2012-12-15 10:17:37 | 显示全部楼层

奇怪的还是奇妙的统一?

 
实验证据和理论思路都是有的。动态重正化看起来是普适的,动态重正化产生的能隙相当于弱Peierls相变,沿着地球或太阳的径向方向动态重正化会生成一条指向矢,当弱Peierls相变和指向矢合二为一时类似于强Peierls相变。因此,包括地球和太阳在内的所有天体似乎都处于奇异金属态,这有助于解释地球大气层的“能量困难”和“传递困难”,也有助于解释太阳大气层的加热机制等老大难问题,奇异金属态肯定有利于热的传导和输运。

数学上,这意味着我们必须在几何的框架下完成整合,这肯定是爱因斯坦喜欢看到的结果。电弱统一理论是可以改造成一种几何的理论的,重正化常数可以被认为是一种射影几何(对于动态场而言)或反演几何(对于准静态场而言)中的距离。另外,Weinberg-Salam理论认为,中子到质子的衰变中只有一个夸克变化了,另外两个夸克只是无所事事的旁观者;按照几何理论,中子中的三个夸克其实都参与了中子的衰变,Weinberg-Salam理论是低能标的近似。

所以,看起来理解电弱统一能标(TeV)下的物理不会有太大的困难。真正麻烦的还是大统一能标,这时,我们又得到了一大堆“奇怪”的结论,例如核子本身可能就是一个小黑洞。
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