元宇宙发展不可缺少的基础设施-区块链 (元宇宙发展方向)

教程大全 2025-07-08 03:49:11 浏览

区块链概念自从被一位叫中本聪的匿名人士提出后,便以其无伪造、全留痕、可追溯、透明化、整维护等特征闻名业界,吸引各行业领域积极探索区块链技术,并用区块链作为底层协议或技术方案来有效地解决信任问题。

当融合了虚拟世界与现实世界的元宇宙成为当前探讨的热点,并衍生出更广泛的区块链技术应用场景后,由此拉开了区块链赋能元宇宙的序幕,同时,元宇宙也为区块链发挥其基础设施价值创造了绿洲。

区块链技术如何赋能元宇宙?当前的区块链技术有哪些创新?企业又该如何打造及应用全新的区块链数字生态?月日,元宇宙技术大会《区块链数字生态》分会场,众多技术专家围绕元宇宙中区块链技术的发展趋势、标准制定、技术挑战、探索应用以及未来走向等主题,为元宇宙的探索者解读了这些问题。

技术落地,标准先行

标准是能力进步的基石!区块链分布式记账标准委员会的秘书长、万向区块链高级总监郝玉琨表示。

作为标准化组织,一直在关注区块链相关的前沿技术,并研究制定包括底层技术、互操作性、应用、数字资产和其他领域的标准。通过标准帮助关注该技术的人群理清技术内涵、了解现象本质,并在相关技术上形成共识和认知,来有效地推进行业的发展。

例如,虽然区块链是发行最主要的基础技术,但在某些场景上,却是架构在与区块链概念有些差别的分布式账本之上。所以如何确定不同人都在讲的是一件事,就需要制定一套相关的标准。只有制定出统一的标准,才能让不同链上发行的资产有跨链的依据,也能让合作推广上形成一致的行业共识。

这样在标准统一的支撑服务上,才能发掘出更多地场景,发挥出更多地价值。引申到元宇宙的概念下,我们也需要在真正的元宇宙的到来前,把元宇宙里面的数字资产、数字所有权、游戏规则等基础设施完善好,做到标准先行。

数据互通,赋能元宇宙

元宇宙的概念是打开虚拟世界,并以构筑虚实结合的世界为目标。相比较而言,华为区块链首席战略官张小军更推崇元宇宙是现实虚拟化和虚拟真实化。

他认为元宇宙呈现的最大价值点是物理世界与虚拟世界的互通,而不是割裂的模式。也就是虚拟世界的数据要跟现实世界的数据进行互通,核心点在于数据,而区块链刚好能在虚拟世界数据和现实世界数据之间起到桥梁作用。

目前,区块链在现实世界里面已经实现了赋能千行百业的发展模型,例如医疗体系的数据共享、金融行业的普惠金融,甚至是智能政务等,已经在现实世界里围绕数据构筑了一套依托数据可信流转的应用模型。

但是要实现现实世界与虚拟世界的数据互通,还需要虚拟世界的信息和现实世界的信息进行一对一的比对。这时候,基于区块链的分布式数字身份便能形成并对事物有效鉴权,由此来打通数据,赋能元宇宙发展。

经验聚合,加速落地

从开始构造一个区块链系统特别是定制化系统是一件非常困难的事情,不仅涉及数据库层、网络层,还要考虑各种各样的控制协议来提高本身的吞吐量。所以亚洲区技术总监、联合创始人贾瑶琪给出了他的答案,那就是站在巨人的肩膀上利用开发框架。

是一个区块链开发框架,包含了数据库网络、共识,包括链上、链下的交换机等区块链必备的组件,方便开发者去完成更多定制化的系统和应用操作。例如可以更改控制协议,也可以去获取链上链下的状态,进行链上链下的互操作,方便某些联盟链或者私有链场景链上和链下数据互通。

开发框架的另一个优势是可以解决跨链互通问题。使用开发的不同链之间可以通过波卡的跨链消息协议,将不同的信息以及不同的资产在不同的链之间进行交换和转移。

作为一个区块链开发框架,以及波卡可以很快速地帮助开发者开发一条适用于自己元宇宙的应用或者自己定制化场景的一个应用系统,并且能在成千上万的区块链上进行数据传递。

探索的生态价值

面向未来时代的大规模去中心化应用,亚洲生态基金技术负责人梁强带来了一个新的探索。

是第一个把计算和存储结合起来的新一代的基础设施,主要是面向未来去中心化应用的云平台。子网是的核心技术。是由个对等的子网组成,主要分为系统子网和应用子网两种类型。子网内部通过协议进行局部共识。相当于一个改进版的协议,并且加上阈值签名,可以达到快速的共识。

的另外一个核心技术是和合约。在子网内部分布有多个类似以太坊里智能合约的容器,且支持合约的。每个具有的运行时堆栈,并且另有到的持久性内存来作为数据存储,所以组合之后,可以让应用的前端展示层、业务逻辑端和数据端完全部署在区块链上面,也就是整个网络上面。

目前官方正在开发测试曲线的阈值签名方案,上线后可通过技术,打通和生态的互操作性,让成为和的计算层,存储扩展层,同时赋能其他支持和脚本的公链。

挖掘区块链上的数据价值

有区块链就会有存储,有存储就会产生数据。如何有效利用区块链上的数据,欧科云链区块链资深研究员许乾为这些数据找到了方向。

得益于区块链链上公开信息的设计,只要你有数据的存储、分析能力,即使你通过地址关联不上某个人,也能从这些信息中挖掘出有价值的线索。基于标签能力建设和计算能力,目前获取的数据价值主要表现为以下几点。

第一,能全方位地展示某一个地址生命周期的交易行为以及相关的一些特点,包括实体标签、行为标签;

第二,能针对链上分析场景做简单的地址研判,并以可视化的方式展示。

第三,深度挖掘匹配模型库,分析出用户地址、平台归集地址、沉淀地址。

随着数据量快速增长,数据分析的角度也从之前的以链维度的宏观数据转向以地址和业务维度的微观数据,并从基于区块链数据做分析的基础设施服务转向利用分析结果的数据治理模式。

在元宇宙概念越来越清晰的趋势下,依托区块链技术基础提供的底层信任共识,各行业领域开启了区块链相关的探索与应用,并在数字版权的生产、保护、交易等多种形式中构建起庞大的经济体系。

随着十四五将区块链列为数字经济重点产业,区块链技术作为新一代信息技术已成为国家战略层面上发展数字经济的重要驱动力。在产业数字化升级的过程中,基于区块链技术的可信生态,也将依托元宇宙建立的新场景下,创造出数字经济的新形势。

“在田野里播下一颗种子也会有收获的希望。”正如副总裁兼总编辑、元宇宙技术大会总策划崔康所说,元宇宙时代已经来临,希望大家能够和社区的万开发者一起拥抱元宇宙技术,共同点亮元宇宙的满天星河,希望元宇宙技术大会能够成为中国元宇宙技术发展的一个里程碑。


元宇宙发展方向

年三十晚为什么要吃团圆饭?

年夜饭(团年饭)除夕这一天对华人来说是极为重要的。 这一天人们准备除旧迎新,吃团圆饭。 在古代的中国,一些监狱官员甚至放囚犯回家与家人团圆过年,由此可见团年饭对古代中国人是何等的重要。 家庭是华人社会的基石,一年一度的团年饭充分表现出华族家庭成员的互敬互爱,这种互敬互爱使一家人之间的关系更为紧密。 家人的团聚往往令一家之主在精神上得到安慰与满足,老人家眼看儿孙满堂,一家大小共叙天伦,过去的关怀与抚养子女所付出的心血总算没有白费,这是何等的幸福。 而年轻一辈,也正可以借此机会向父母的养育之恩表达感激之情。 孩子们在玩耍放爆竹的时候,也正是主妇们在厨房里最忙碌的时 ,年菜都在前几天做好了,而年夜饭总要在年三十当天掌厨做出来。 在北方,大年初一的饺子也要在三十晚上包出来。 这时家家的砧板都在噔噔噔地忙着剁肉、切菜。 此时,家家户户传出的砧板声,大街小巷传出的爆竹声,小店铺子传出的劈劈啪啪的算盘声和抑扬顿挫的报帐声,再夹杂着处处的说笑声,此起彼伏,洋洋盈耳,交织成除夕欢快的乐章。 说到除夕的刀砧声,邓云乡撰写的《燕京乡土记》却记载着除夕一个十分凄凉的故事:旧社会穷人生活困难,三十晚上是个关。 有户人家,丈夫到三十晚上很晚了尚未拿钱归来,家中瓶粟早罄,年货毫无。 女人在家哄睡了孩子,一筹莫展,听得邻家的砧板声,痛苦到极点,不知丈夫能否拿点钱或东西回来,不知明天这个年如何过,又怕自己家中没有砧板声惹人笑,便拿刀斩空砧板,一边噔噔地斩,一边眼泪潸潸地落……,这个故事让人听了.确实心酸。 吃年夜饭,是春节家家户户最热闹愉快的时候。 大年夜.丰盛的年菜摆满一桌,阖家团聚,围坐桌旁,共吃团圆饭,心头的充实感真是难以言喻。 人们既是享受满桌的佳肴盛馔,也是享受那份快乐的气氛,桌上有大菜、冷盆、热炒、点心,一般少不了两样东西,一是火锅.一是鱼。 火锅沸煮,热气腾腾,温馨撩人,说明红红火火;鱼和余谐音,是象征吉庆有余,也喻示年年有余。 还有萝卜俗称菜头,祝愿有好彩头;龙虾、爆鱼等煎炸食物,预祝家运兴旺如烈火烹油。 最后多为一道甜食,祝福往后的日子甜甜蜜蜜,这天,即使不会喝酒的,也多少喝一点。 古代,过年喝酒,非常注意酒的品质,有些酒现在已经没有了,只留下许多动人的酒名,如葡萄醅、兰尾酒、宜春酒、梅花酒、桃花酒、屠苏酒等等。 在这些酒中间,流传最久、最普遍的,还是屠苏酒。 但是屠苏酒的名称是如何来的?又是用什么制作的?从来传说不一。 屠苏是一种草名,也有人说,屠苏是古代的一种房尾因为在这种房子里酿的酒,所以称为屠苏酒。 据说屠苏酒是汉末名医华佗创制而成的,其配方为大黄、白术、桂枝、防风、花椒、乌头、附子等中药入酒中浸制而成。 这种药具有益气温阳、祛风散寒、避除疫疬之邪的功效。 后由唐代名医孙思邈流传开来的。 孙思邈每年腊月,总是要分送给众邻乡亲一包药,告诉大家以药泡酒,除夕进饮,可以预防瘟疫。 孙思邈还将自己的屋子起名为屠苏屋。 以后,经过历代相传,饮屠苏酒便成为过年的风俗。 古时饮屠苏酒,方法很别致。 一般人饮酒,总是从年长者饮起;但是饮屠苏酒却正好相反,是从最年少的饮起。 也就是说合家欢聚喝饮屠苏酒时,先从年少的小儿开始,年纪较长的在后,逐人饮少许。 宋朝文学家苏辙的《除日》诗道:年年最后饮屠苏,不觉年来七十余。 说的就是这种风俗。 有人不明白这种习惯的意义,董勋解释说:少者得岁,故贺之;老者失岁,故罚之。 这种风俗在宋朝仍很盛行,如苏轼在《除夜野宿常州城外》诗中说:但把穷愁博长健,不辞最后饮屠苏。 苏轼晚年虽然穷困潦倒,但精神却很乐观,他认为只要身体健康,虽然年老也不在意,最后罚饮屠苏酒自然不必推辞。 这种别开生面的饮酒次序,在古代每每令人产生种种感慨,所以给人留有深 的印象。 直至清代,这一习俗仍不衰。 今天人们虽已不再大规模盛行此俗,但在节日或平时饮用这些药酒的习俗仍然存在。 年夜饭的名堂很多,南北各地不同,有饺子、馄饨、长面、元宵等,而且各有讲究。 北方人过年习惯吃饺子,是取新旧交替更岁交子的意思。 又因为白面饺子形状像银元宝,一盆盆端上桌象征着新年大发财,元宝滚进来之意。 有的包饺子时,还把几枚沸水消毒后的硬币包进去,说是谁先吃着了,就能多挣钱。 吃饺子的习俗,是从汉朝传下来的。 相传,医圣张仲景在寒冬腊月,看到穷人的耳朵被冻烂了,便制作了一种祛寒娇耳汤给穷人治冻伤。 他用羊肉、辣椒和一些祛寒温热的药材,用面皮包成耳朵样子的娇耳,下锅煮熟,分给穷人吃,人们吃后,觉得浑身变暖,两耳发热。 以后,人们仿效着做,一直流传到今天。 新年吃馄饨,是取其开初之意。 传说世界生成以前是混沌状态,盘古开天辟地,才有了宇宙四方,长面,也叫长寿面。 新年吃面,是预祝寿长百年。

简述有利于身体成长的营养素有哪些

长身体需要大量的蛋白质、脂肪、碳水化合物、维生素、矿物质等营养物质,而蛋白质等营养物质又大量存在于动物性的食物中。 因此,适量吃荤有利于身体的生长发育。 动物性食物含有大量的人体生长所必需的营养物质,就蛋白质而言,动物性食物的蛋白质中含有氨基酸的比例与人体很接近,可称为优质蛋白质,它不仅含量丰富,而且容易吸收利用,这是任何植物性食物所不能比拟的。 虽然糖、蛋白质和脂肪三大营养素可以在体内进行互换,但其程度上却有很大不同,蛋白质能在很大程度上转变成糖和脂肪,而糖和脂肪转变成蛋白质的程度就很少,尤其是人体的8种必需氨基酸,在人体是无法转变的,必须由食物提供。 科学家已经发现,蛋白质中的必须氨基酸---赖氨酸是人体新陈代谢的重要营养物质,它的摄入量对青少年的生长发育有很大影响。 而这些蛋白质、赖氨酸、脂肪、脂溶性维生素、钙、磷、铁以及微量元素大多存在于鸡鸭肉、瘦猪肉、猪内脏、蛋、鱼和牛奶等动物性食物中。 总而言之,人体所要的各种营养素,都是靠膳食来供给的。 所以平时要做到荤素合理搭配,使营养成分齐全,只有这样做才能健康成长。

爱因斯坦的相对论?? 说明!!!

1 相对论简介原著 幽灵蝶2 狭义相对论的四维时空观狭义相对论是建立在四维时空观上的一个理论,因此要弄清相对论的内容,要先对相对论的时空观有个大体了解。 在数学上有各种多维空间,但目前为止,我们认识的物理世界只是四维,即三维空间加一维时间。 现代微观物理学提到的高维空间是另一层意思,只有数学意义,在此不做讨论。 四维时空是构成真实世界的最低维度,我们的世界恰好是四维,至于高维真实空间,至少现在我们还无法感知。 我在一个帖子上说过一个例子,一把尺子在三维空间里(不含时间)转动,其长度不变,但旋转它时,它的各坐标值均发生了变化,且坐标之间是有联系的。 四维时空的意义就是时间是第四维坐标,它与空间坐标是有联系的,也就是说时空是统一的,不可分割的整体,它们是一种”此消彼长”的关系。 四维时空不仅限于此,由质能关系知,质量和能量实际是一回事,质量(或能量)并不是独立的,而是与运动状态相关的,比如速度越大,质量越大。 在四维时空里,质量(或能量)实际是四维动量的第四维分量,动量是描述物质运动的量,因此质量与运动状态有关就是理所当然的了。 在四维时空里,动量和能量实现了统一,称为能量动量四矢。 另外在四维时空里还定义了四维速度,四维加速度,四维力,电磁场方程组的四维形式等。 值得一提的是,电磁场方程组的四维形式更加完美,完全统一了电和磁,电场和磁场用一个统一的电磁场张量来描述。 四维时空的物理定律比三维定律要完美的多,这说明我们的世界的确是四维的。 可以说至少它比牛顿力学要完美的多。 至少由它的完美性,我们不能对它妄加怀疑。 相对论中,时间与空间构成了一个不可分割的整体——四维时空,能量与动量也构成了一个不可分割的整体——四维动量。 这说明自然界一些看似毫不相干的量之间可能存在深刻的联系。 在今后论及广义相对论时我们还会看到,时空与能量动量四矢之间也存在着深刻的联系。 3 狭义相对论基本原理物质在相互作用中作永恒的运动,没有不运动的物质,也没有无物质的运动,由于物质是在相互联系,相互作用中运动的,因此,必须在物质的相互关系中描述运动,而不可能孤立的描述运动。 也就是说,运动必须有一个参考物,这个参考物就是参考系。 伽利略曾经指出,运动的船与静止的船上的运动不可区分,也就是说,当你在封闭的船舱里,与外界完全隔绝,那么即使你拥有最发达的头脑,最先进的仪器,也无从感知你的船是匀速运动,还是静止。 更无从感知速度的大小,因为没有参考。 比如,我们不知道我们整个宇宙的整体运动状态,因为宇宙是封闭的。 爱因斯坦将其引用,作为狭义相对论的第一个基本原理:狭义相对性原理。 其内容是:惯性系之间完全等价,不可区分。 著名的麦克尔逊--莫雷实验彻底否定了光的以太学说,得出了光与参考系无关的结论。 也就是说,无论你站在地上,还是站在飞奔的火车上,测得的光速都是一样的。 这就是狭义相对论的第二个基本原理,光速不变原理。 由这两条基本原理可以直接推导出相对论的坐标变换式,速度变换式等所有的狭义相对论内容。 比如速度变幻,与传统的法则相矛盾,但实践证明是正确的,比如一辆火车速度是10m/s,一个人在车上相对车的速度也是10m/s,地面上的人看到车上的人的速度不是20m/s,而是(20-10^(-15))m/s左右。 在通常情况下,这种相对论效应完全可以忽略,但在接近光速时,这种效应明显增大,比如,火车速度是0。 99倍光速,人的速度也是0。 99倍光速,那么地面观测者的结论不是1。 98倍光速,而是0。 倍光速。 车上的人看到后面的射来的光也没有变慢,对他来说也是光速。 因此,从这个意义上说,光速是不可超越的,因为无论在那个参考系,光速都是不变的。 速度变换已经被粒子物理学的无数实验证明,是无可挑剔的。 正因为光的这一独特性质,因此被选为四维时空的唯一标尺。 4 狭义相对论效应根据狭义相对性原理,惯性系是完全等价的,因此,在同一个惯性系中,存在统一的时间,称为同时性,而相对论证明,在不同的惯性系中,却没有统一的同时性,也就是两个事件(时空点)在一个关性系内同时,在另一个惯性系内就可能不同时,这就是同时的相对性,在惯性系中,同一物理过程的时间进程是完全相同的,如果用同一物理过程来度量时间,就可在整个惯性系中得到统一的时间。 在今后的广义相对论中可以知道,非惯性系中,时空是不均匀的,也就是说,在同一非惯性系中,没有统一的时间,因此不能建立统一的同时性。 相对论导出了不同惯性系之间时间进度的关系,发现运动的惯性系时间进度慢,这就是所谓的钟慢效应。 可以通俗的理解为,运动的钟比静止的钟走得慢,而且,运动速度越快,钟走的越慢,接近光速时,钟就几乎停止了。 尺子的长度就是在一惯性系中“同时“得到的两个端点的坐标值的差。 由于“同时“的相对性,不同惯性系中测量的长度也不同。 相对论证明,在尺子长度方向上运动的尺子比静止的尺子短,这就是所谓的尺缩效应,当速度接近光速时,尺子缩成一个点。 5 狭义相对论效应2由以上陈述可知,钟慢和尺缩的原理就是时间进度有相对性。 也就是说,时间进度与参考系有关。 这就从根本上否定了牛顿的绝对时空观,相对论认为,绝对时间是不存在的,然而时间仍是个客观量。 比如在下期将讨论的双生子理想实验中,哥哥乘飞船回来后是15岁,弟弟可能已经是45岁了,说明时间是相对的,但哥哥的确是活了15年,弟弟也的确认为自己活了45年,这是与参考系无关的,时间又是“绝对的“。 这说明,不论物体运动状态如何,它本身所经历的时间是一个客观量,是绝对的,这称为固有时。 也就是说,无论你以什么形式运动,你都认为你喝咖啡的速度很正常,你的生活规律都没有被打乱,但别人可能看到你喝咖啡用了100年,而从放下杯子到寿终正寝只用了一秒钟。 6 时钟佯谬或双生子佯谬相对论诞生后,曾经有一个令人极感兴趣的疑难问题---双生子佯谬。 一对双生子A和B,A在地球上,B乘火箭去做星际旅行,经过漫长岁月返回地球。 爱因斯坦由相对论断言,二人经历的时间不同,重逢时B将比A年轻。 许多人有疑问,认为A看B在运动,B看A也在运动,为什么不能是A比B年轻呢?由于地球可近似为惯性系,B要经历加速与减速过程,是变加速运动参考系,真正讨论起来非常复杂,因此这个爱因斯坦早已讨论清楚的问题被许多人误认为相对论是自相矛盾的理论。 如果用时空图和世界线的概念讨论此问题就简便多了,只是要用到许多数学知识和公式。 在此只是用语言来描述一种最简单的情形。 不过只用语言无法更详细说明细节,有兴趣的请参考一些相对论书籍。 我们的结论是,无论在那个参考系中,B都比A年轻。 为使问题简化,只讨论这种情形,火箭经过极短时间加速到亚光速,飞行一段时间后,用极短时间掉头,又飞行一段时间,用极短时间减速与地球相遇。 这样处理的目的是略去加速和减速造成的影响。 在地球参考系中很好讨论,火箭始终是动钟,重逢时B比A年轻。 在火箭参考系内,地球在匀速过程中是动钟,时间进程比火箭内慢,但最关键的地方是火箭掉头的过程。 在掉头过程中,地球由火箭后方很远的地方经过极短的时间划过半个圆周,到达火箭的前方很远的地方。 这是一个“超光速“过程。 只是这种超光速与相对论并不矛盾,这种“超光速“并不能传递任何信息,不是真正意义上的超光速。 如果没有这个掉头过程,火箭与地球就不能相遇,由于不同的参考系没有统一的时间,因此无法比较他们的年龄,只有在他们相遇时才可以比较。 火箭掉头后,B不能直接接受A的信息,因为信息传递需要时间。 B看到的实际过程是在掉头过程中,地球的时间进度猛地加快了。 在B看来,A现实比B年轻,接着在掉头时迅速衰老,返航时,A又比自己衰老的慢了。 重逢时,自己仍比A年轻。 也就是说,相对论不存在逻辑上的矛盾7 狭义相对论小结相对论要求物理定律要在坐标变换(洛伦兹变化)下保持不变。 经典电磁理论可以不加修改而纳入相对论框架,而牛顿力学只在伽利略变换中形势不变,在洛伦兹变换下原本简洁的形式变得极为复杂。 因此经典力学与要进行修改,修改后的力学体系在洛伦兹变换下形势不变,称为相对论力学。 狭义相对论建立以后,对物理学起到了巨大的推动作用。 并且深入到量子力学的范围,成为研究高速粒子不可缺少的理论,而且取得了丰硕的成果。 然而在成功的背后,却有两个遗留下的原则性问题没有解决。 第一个是惯性系所引起的困难。 抛弃了绝对时空后,惯性系成了无法定义的概念。 我们可以说惯性系是惯性定律在其中成立的参考系。 惯性定律实质一个不受外力的物体保持静止或匀速直线运动的状态。 然而“不受外力“是什么意思?只能说,不受外力是指一个物体能在惯性系中静止或匀速直线运动。 这样,惯性系的定义就陷入了逻辑循环,这样的定义是无用的。 我们总能找到非常近似的惯性系,但宇宙中却不存在真正的惯性系,整个理论如同建筑在沙滩上一般。 第二个是万有引力引起的困难。 万有引力定律与绝对时空紧密相连,必须修正,但将其修改为洛伦兹变换下形势不变的任何企图都失败了,万有引力无法纳入狭义相对论的框架。 当时物理界只发现了万有引力和电磁力两种力,其中一种就冒出来捣乱,情况当然不会令人满意。 爱因斯坦只用了几个星期就建立起了狭义相对论,然而为解决这两个困难,建立起广义相对论却用了整整十年时间。 为解决第一个问题,爱因斯坦干脆取消了惯性系在理论中的特殊地位,把相对性原理推广到非惯性系。 因此第一个问题转化为非惯性系的时空结构问题。 在非惯性系中遇到的第一只拦路虎就是惯性力。 在深入研究了惯性力后,提出了著名的等性原理,发现参考系问题有可能和引力问题一并解决。 几经曲折,爱因斯坦终于建立了完整的广义相对论。 广义相对论让所有物理学家大吃一惊,引力远比想象中的复杂的多。 至今为止爱因斯坦的场方程也只得到了为数不多的几个确定解。 它那优美的数学形式至今令物理学家们叹为观止。 就在广义相对论取得巨大成就的同时,由哥本哈根学派创立并发展的量子力学也取得了重大突破。 然而物理学家们很快发现,两大理论并不相容,至少有一个需要修改。 于是引发了那场著名的论战:爱因斯坦VS哥本哈根学派。 直到现在争论还没有停止,只是越来越多的物理学家更倾向量子理论。 爱因斯坦为解决这一问题耗费了后半生三十年光阴却一无所获。 不过他的工作为物理学家们指明了方向:建立包含四种作用力的超统一理论。 目前学术界公认的最有希望的候选者是超弦理论与超膜理论。 8 广义相对论概述相对论问世,人们看到的结论就是:四维弯曲时空,有限无边宇宙,引力波,引力透镜,大爆炸宇宙学说,以及二十一世纪的主旋律--黑洞等等。 这一切来的都太突然,让人们觉得相对论神秘莫测,因此在相对论问世头几年,一些人扬言“全世界只有十二个人懂相对论“。 甚至有人说“全世界只有两个半人懂相对论“。 更有甚者将相对论与“通灵术“,“招魂术“之类相提并论。 其实相对论并不神秘,它是最脚踏实地的理论,是经历了千百次实践检验的真理,更不是高不可攀的。 相对论应用的几何学并不是普通的欧几里得几何,而是黎曼几何。 相信很多人都知道非欧几何,它分为罗氏几何与黎氏几何两种。 黎曼从更高的角度统一了三种几何,称为黎曼几何。 在非欧几何里,有很多奇怪的结论。 三角形内角和不是180度,圆周率也不是3。 14等等。 因此在刚出台时,倍受嘲讽,被认为是最无用的理论。 直到在球面几何中发现了它的应用才受到重视。 空间如果不存在物质,时空是平直的,用欧氏几何就足够了。 比如在狭义相对论中应用的,就是四维伪欧几里得空间。 加一个伪字是因为时间坐标前面还有个虚数单位i。 当空间存在物质时,物质与时空相互作用,使时空发生了弯曲,这是就要用非欧几何。 相对论预言了引力波的存在,发现了引力场与引力波都是以光速传播的,否定了万有引力定律的超距作用。 当光线由恒星发出,遇到大质量天体,光线会重新汇聚,也就是说,我们可以观测到被天体挡住的恒星。 一般情况下,看到的是个环,被称为爱因斯坦环。 爱因斯坦将场方程应用到宇宙时,发现宇宙不是稳定的,它要么膨胀要么收缩。 当时宇宙学认为,宇宙是无限的,静止的,恒星也是无限的。 于是他不惜修改场方程,加入了一个宇宙项,得到一个稳定解,提出有限无边宇宙模型。 不久哈勃发现著名的哈勃定律,提出了宇宙膨胀学说。 爱因斯坦为此后悔不已,放弃了宇宙项,称这是他一生最大的错误。 在以后的研究中,物理学家们惊奇的发现,宇宙何止是在膨胀,简直是在爆炸。 极早期的宇宙分布在极小的尺度内,宇宙学家们需要研究粒子物理的内容来提出更全面的宇宙演化模型,而粒子物理学家需要宇宙学家们的观测结果和理论来丰富和发展粒子物理。 这样,物理学中研究最大和最小的两个目前最活跃的分支:粒子物理学和宇宙学竟这样相互结合起来。 就像高中物理序言中说的那样,如同一头怪蟒咬住了自己的尾巴。 值得一提的是,虽然爱因斯坦的静态宇宙被抛弃了,但它的有限无边宇宙模型却是宇宙未来三种可能的命运之一,而且是最有希望的。 近年来宇宙项又被重新重视起来了。 黑洞问题将在今后的文章中讨论。 黑洞与大爆炸虽然是相对论的预言,它们的内容却已经超出了相对论的限制,与量子力学,热力学结合的相当紧密。 今后9 广义相对论基本原理由于惯性系无法定义,爱因斯坦将相对性原理推广到非惯性系,提出了广义相对论的第一个原理:广义相对性原理。 其内容是,所有参考系在描述自然定律时都是等效的。 这与狭义相对性原理有很大区别。 在不同参考系中,一切物理定律完全等价,没有任何描述上的区别。 但在一切参考系中,这是不可能的,只能说不同参考系可以同样有效的描述自然律。 这就需要我们寻找一种更好的描述方法来适应这种要求。 通过狭义相对论,很容易证明旋转圆盘的圆周率大于3。 14。 因此,普通参考系应该用黎曼几何来描述。 第二个原理是光速不变原理:光速在任意参考系内都是不变的。 它等效于在四维时空中光的时空点是不动的。 当时空是平直的,在三维空间中光以光速直线运动,当时空弯曲时,在三维空间中光沿着弯曲的空间运动。 可以说引力可使光线偏折,但不可加速光子。 第三个原理是最著名的等效原理。 质量有两种,惯性质量是用来度量物体惯性大小的,起初由牛顿第二定律定义。 引力质量度量物体引力荷的大小,起初由牛顿的万有引力定律定义。 它们是互不相干的两个定律。 惯性质量不等于电荷,甚至目前为止没有任何关系。 那么惯性质量与引力质量(引力荷)在牛顿力学中不应该有任何关系。 然而通过当代最精密的试验也无法发现它们之间的区别,惯性质量与引力质量严格成比例(选择适当系数可使它们严格相等)。 广义相对论将惯性质量与引力质量完全相等作为等效原理的内容。 惯性质量联系着惯性力,引力质量与引力相联系。 这样,非惯性系与引力之间也建立了联系。 那么在引力场中的任意一点都可以引入一个很小的自由降落参考系。 由于惯性质量与引力质量相等,在此参考系内既不受惯性力也不受引力,可以使用狭义相对论的一切理论。 初始条件相同时,等质量不等电荷的质点在同一电场中有不同的轨道,但是所有质点在同一引力场中只有唯一的轨道。 等效原理使爱因斯坦认识到,引力场很可能不是时空中的外来场,而是一种几何场,是时空本身的一种性质。 由于物质的存在,原本平直的时空变成了弯曲的黎曼时空。 在广义相对论建立之初,曾有第四条原理,惯性定律:不受力(除去引力,因为引力不是真正的力)的物体做惯性运动。 在黎曼时空中,就是沿着测地线运动。 测地线是直线的推广,是两点间最短(或最长)的线,是唯一的。 比如,球面的测地线是过球心的平面与球面截得的大圆的弧。 但广义相对论的场方程建立后,这一定律可由场方程导出,于是惯性定律变成了惯性定理。 值得一提的是,伽利略曾认为匀速圆周运动才是惯性运动,匀速直线运动总会闭合为一个圆。 这样提出是为了解释行星运动。 他自然被牛顿力学批的体无完肤,然而相对论又将它复活了,行星做的的确是惯性运动,只是不是标准的匀速圆周而已。 10 蚂蚁与蜜蜂的几何学设想有一种生活在二维面上的扁平蚂蚁,因为是二维生物,所以没有第三维感觉。 如果蚂蚁生活在大平面上,就从实践中创立欧氏几何。 如果它生活在一个球面上,就会创立一种三角和大于180度,圆周率小于3。 14的球面几何学。 但是,如果蚂蚁生活在一个很大的球面上,当它的“科学“还不够发达,活动范围还不够大,它不足以发现球面的弯曲,它生活的小块球面近似于平面,因此它将先创立欧氏几何学。 当它的“科学技术“发展起来时,它会发现三角和大于180度,圆周率小于3。 14等“实验事实“。 如果蚂蚁够聪明,它会得到结论,它们的宇宙是一个弯曲的二维空间,当它把自己的“宇宙“测量遍了时,会得出结论,它们的宇宙是封闭的(绕一圈还会回到原地),有限的,而且由于“空间“(曲面)的弯曲程度(曲率)处处相同,它们会将宇宙与自己的宇宙中的圆类比起来,认为宇宙是“圆形的“。 由于没有第三维感觉,所以它无法想象,它们的宇宙是怎样弯曲成一个球的,更无法想象它们这个“无边无际“的宇宙是存在于一个三维平直空间中的有限面积的球面。 它们很难回答“宇宙外面是什么“这类问题。 因为,它们的宇宙是有限无边的封闭的二维空间,很难形成“外面“这一概念。 对于蚂蚁必须借助“发达的科技“才能发现的抽象的事实,一只蜜蜂却可以很容易凭直观形象的描述出来。 因为蜜蜂是三维空间的生物,对于嵌在三维空间的二维曲面是“一目了然“的,也很容易形成球面的概念。 蚂蚁凭借自己的“科学技术“得到了同样的结论,却很不形象,是严格数学化的。 由此可见,并不是只有高维空间的生物才能发现低维空间的情况,聪明的蚂蚁一样可以发现球面的弯曲,并最终建立起完善的球面几何学,其认识深度并不比蜜蜂差多少。 黎曼几何是一个庞大的几何公理体系,专门用于研究弯曲空间的各种性质。 球面几何只是它极小的一个分支。 它不仅可用于研究球面,椭圆面,双曲面等二维曲面,还可用于高维弯曲空间的研究。 它是广义相对论最重要的数学工具。 黎曼在建立黎曼几何时曾预言,真实的宇宙可能是弯曲的,物质的存在就是空间弯曲的原因。 这实际上就是广义相对论的核心内容。 只是当时黎曼没有像爱因斯坦那样丰富的物理学知识,因此无法建立广义相对论。 11 广义相对论的实验验证爱因斯坦在建立广义相对论时,就提出了三个实验,并很快就得到了验证:(1)引力红移(2)光线偏折(3)水星近日点进动。 直到最近才增加了第四个验证:(4)雷达回波的时间延迟。 (1)引力红移:广义相对论证明,引力势低的地方固有时间的流逝速度慢。 也就是说离天体越近,时间越慢。 这样,天体表面原子发出的光周期变长,由于光速不变,相应的频率变小,在光谱中向红光方向移动,称为引力红移。 宇宙中有很多致密的天体,可以测量它们发出的光的频率,并与地球的相应原子发出的光作比较,发现红移量与相对论语言一致。 60年代初,人们在地球引力场中利用伽玛射线的无反冲共振吸收效应(穆斯堡尔效应)测量了光垂直传播22。 5M产生的红移,结果与相对论预言一致。 (2)光线偏折:如果按光的波动说,光在引力场中不应该有任何偏折,按半经典式的“量子论加牛顿引力论“的混合产物,用普朗克公式E=hr和质能公式E=MC^2求出光子的质量,再用牛顿万有引力定律得到的太阳附近的光的偏折角是0。 87秒,按广义相对论计算的偏折角是1。 75秒,为上述角度的两倍。 1919年,一战刚结束,英国科学家爱丁顿派出两支考察队,利用日食的机会观测,观测的结果约为1。 7秒,刚好在相对论实验误差范围之内。 引起误差的主要原因是太阳大气对光线的偏折。 最近依靠射电望远镜可以观测类星体的电波在太阳引力场中的偏折,不必等待日食这种稀有机会。 精密测量进一步证实了相对论的结论。 (3)水星近日点的进动:天文观测记录了水星近日点每百年移动5600秒,人们考虑了各种因素,根据牛顿理论只能解释其中的5557秒,只剩43秒无法解释。 广义相对论的计算结果与万有引力定律(平方反%B

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