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据英国媒体报道,从量子场论到安慰剂效应,科学家提出的理论越来越多,越来越深奥,在普通大众眼里,这些理论理解起来难度太大。但英国萨塞克斯大学访问学者约翰·格里宾认为,只要找到正确的浅显易懂的方法来解释这些理论,公众理解它们也是完全可以做到的。他试着用只用30秒时间来解释科学界十个最有名的理论,效果如何呢?

1.最小作用量原理

十大30秒内即可理解的科学理论:量子场论上榜(图)

物理学家理查德-费曼证明,所有“非直线”路线会相互干扰,使得只有一条路线是可行的,而这条路线也是最快的

大自然是“懒惰的”,之所以这么说,是因为大自然的事物总以其需要最少能量的方式运转,这也是光以直线传播的原因。事实上,以直线传播的粒子和光所花的时间最少。这说明一定角度的光线为何在穿过空气进入玻璃时总是折射后成直角,经过玻璃,光线的运行速度更慢(这减少了它所要穿过的玻璃数量)。

最小作用量原理在量子论方面尤为重要。乍一看,量子论似乎预示着,像电子这样的粒子可以通过任何路线从A点来到B点,即便这意味着往返于火星。这使得像操作电脑这样的事情变得不可能起来,电脑的性能取决于运转良好的电子。但是,伟大的物理学家理查德-费曼证明,所有“非直线”路线都会相互干扰,使得只有一条路线是可行的,而这条路线也是最快的。

2.模因理论

十大30秒内即可理解的科学理论:量子场论上榜(图)

模因这一术语是由牛津大学生物学家理查德-道金斯发明的,用于描述复制和传播生物信息的“文化复制基因”

无论何时模仿别人的行为习惯、技巧,还是复制人与人之间的各类信息,我们都是在与模因(meme)打交道。这一术语是由牛津大学生物学家理查德-道金斯(Richard Dawkins)发明的,用于描述复制和传递生物信息的“文化复制基因”。人类可以通过模仿和学习,复制包括思想和技能在内的模因,不过它们会被改变,无论是有意还是无意,所以文化也在跟着变化。这不禁令人想到物种随基因变异的进化方式。同基因一样,有些模因是成功的,而有些模因则是不成功的。有些模因像美妙旋律一样传播的原因是显而易见的:要么是有其特定用途,要么在美学上愉悦人。然而,有些模因即便不会带来任何明显好处,仍然会向外传播,比如像电脑病毒这样的东西。

3.量子场论

我们全都熟悉磁场概念,即磁体周围能感受到其影响的区域。场论对场的运转方式进行了详细描述。苏格兰物理学家詹姆斯-克拉克-麦克斯韦发现了描述磁场和电场的方程式,爱因斯坦发现了描述引力场的方程式。二十世纪,物理学家们意识到,这些“场”其实由在空间移动的粒子构成:场中的“量子”。当两个带电粒子相互之间发生力的作用,它们会通过交换光子(电磁场中的量子)实现这一目标。由此产生的量子场论(量子电动力学)解释了构成宇宙的原子的行为特性。

4.胚种论

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瑞典物理学家斯范特-阿累尼乌斯认为,生命是由浮漂在太空的孢子带到地球的,他将这一概念称为胚种论,意思是“种子无处不在”

地球上的一切生命都源于外星生物“地球一游”后留下的细菌吗?这种说法听上去很牵强,但这一概念确实由标新立异的天文学家托马斯-戈尔德(Thomas Gold)提出的。他的理论依据是瑞典物理学家斯范特-阿累尼乌斯一百年前提出的假想。阿累尼乌斯认为,生命是由浮漂在太空的孢子带到地球的,他将这一概念称为胚种论(panspermia),意思是“种子无处不在”。

这一理论的“变种”是,孢子被外星文明故意送上地球——即“定向胚种论”。戈尔德的看法认为,外星人碰巧在数十亿年前经过地球,为填饱肚子在地球上稍作停留。这一理论的确十分疯狂。但是,英国著名物理学家、生物学家弗朗西斯-克里克却十分看重该理论。1962年,克里克在剑桥大学卡文迪许实验室与詹姆斯-沃森共同发现了脱氧核糖核酸(DNA)的双螺旋结构。

5.安慰剂效应

十大30秒内即可理解的科学理论:量子场论上榜(图)

只要你相信,几乎所有事情都能具有安慰剂效应

如果有人给一片药,告诉你它可以治愈头疼,即便药片是用粉笔末制成的,你也会经历安慰剂效应。只要你相信,其实几乎任何事情都可能具有安慰剂效应。安慰剂效应解释了像顺势疗法这样的治疗方法对许多患者奏效的原因——仅仅是因为他们相信治疗能起作用。研究人员在可控条件下实施的科学实验表明,许多情况下安慰剂效应可以得到增强,比如让患者服用更大的药丸,让患者服用粉色而非白色药丸,或是以开药大夫的绝对权威去影响患者的心理。在20世纪以前,大多数药物其实完全没有作用,但无论是有意还是无意,安慰剂效应被利用发挥至极致,尤其对富有的患者而言。

6.雪球地球

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没人知道距今6.35亿年前地球完全被冰雪覆盖的原因。可一旦地球被冰雪覆盖,冰层发光的白色表面会反射热量,令地球维持在“雪球”状态

大约距今6.35亿年前,地球被冰雪所覆盖。当时,大多数陆地紧紧环绕在赤道周围,但冰川仍在那里的岩石上留下了它们的印记。没人知道地球结冰的原因,可一旦被冰雪覆盖,冰层发光的白色表面会反射热量,令地球维持在“雪球”状态,直至火山喷发释放的二氧化碳产生强大的温室效应,令冰雪融化。如果冰雪覆盖整个地球,生命可能已经灭绝。然而,有证据表明在这一时期曾有泥泞的水池存在,顽强的原始生命则在这些池子中活了下来。当整个地球解冻的时候,生命经过一连串的进化在地球各个角落迅速繁衍。我们或许应该将人类的存在归功于这个“雪球地球”事件。

7.稀有地球

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“稀有地球”理论的支持者提出一系列可让人类文明出现的条件,即便这需要近40亿年的进化过程

宇宙中的生命或许很常见,但有智能的生命形式则可能十分罕见。“稀有地球”(Rare Earth)理论的支持者提出可以让人类文明出现的一系列条件,即便这需要近40亿年的进化过程。太阳是一颗相对稳定的恒星,可令生命在40亿年的时间里稳步进化。巨行星木星保护地球免遭彗星的袭击。地球的卫星——月球的引力可防止地球不断摇摆并最终倾覆,引起气候出现极端变化。地球磁场的强度非同寻常,使得我们可以免遭有害辐射物的伤害。再加上地球其他诸多非同寻常的特征,这便构成一连串的偶然事件,部分天文学家由此认为地球不可能是宇宙中唯一存在智能生命形式的地方。

8.火宇宙理论

十大30秒内即可理解的科学理论:量子场论上榜(图)

有些宇宙学家认为,我们所处的宇宙是被额外维以微小距离(不足一个原子的直径)割裂的两个三维宇宙之一

火宇宙(Ekpyrotic Universe)理论是一个大胆的猜想。有些宇宙学家认为,我们所处的宇宙是被额外维以微小距离(不足一个原子的直径)割裂的两个三维宇宙之一。一个宇宙的所有点是另一个宇宙中对应点的“邻居”,但两个点正在缓慢地移动分离。不过,在未来数十亿年,像弹簧一样的力会在一次产生大量热量和光线的碰撞(即大爆炸)中重新拉近它们的距离。接着,两个宇宙会再次分离,整个过程反复循环。这是挑战“大爆炸”的最主要理论,并认为宇宙在某种意义上其实是“自生自灭”。

9.纠缠

当像电子或光子这样的两个量子物体发生接触的时候,从量子学上讲,它们就“纠缠”在一起。这意味着只要其中一个量子物体发生什么事情,都会影响到另一个量子物体,无论它们相距多远。如果刺激某个粒子,另一个也会跟着颤动。这使得部分人希望,可以将纠缠用于比光还要快的通信手段中。问题是,虽然通过刺激一个粒子,可以看到另一个粒子,但你不知道如何刺激它。如果信息通过常规手段发送给我们,我们可以解读另一个粒子的“颤动”,也就是说,量子刺激可以被用于发送无法破译的加密信息。

10.宇宙有限论

如果宇宙是有限的,其外形可能就像是一个油炸圈饼。倘若确实是如此,如果看这个圆圈的一侧,你看到的星系是通过观测圆圈另一侧看到的一样的星系。一个更为复杂的拓扑结构则是立方体,在这个立方体中,相对的几面相互连接。如果你能穿过“顶部”旅行,你还会通过这个“屋顶”重新回到这个立方体。有些简单的电脑游戏的玩法就是这样的。观测数据表明,宇宙确实没有像这样的简单拓扑结构,它的形状可能像多维十二面体。

来源:TOM探索

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