理论力学考研(理论力学考研真题)
理论力学考研，理论力学考研真题
篇前言：
本篇文章详细探讨分析了物质被量化后可能会出现的一些匪夷现象，而结合弦理论，万物由最小的基本单元——弦量子——所组成，进而一步一步剖解分析为什么说物质大小与体积无关，而与量子结构空间的相对密度有关。并阐述了爱因斯坦的时空弯曲效应，特斯拉所发现的时间与空间之间的转换方程，进而延伸出物质的相变效应。同时，也探讨分析了物质质量的变化与物质相变和量子密度之间的关系。延伸思考中解答了量子物质有违常规理论的几个匪夷问题。如果你对量子物理研究有着极度的热爱，是个喜欢动脑思考、敢于打破常规理论另辟新径的真理求知者，请一定认真阅读本文章，相信读完后必有收获。
正文：
爱因斯坦发现了时空的弯曲效应，从而发现了万物之间联系的本质——引力，尼古拉·特斯拉发现了时间和空间之间的转换关系，从而发现了时间与空间之间转换的方程——时空转换方程（未正式问世)。爱因斯坦的相对论体现的是物质与空间和时间以及物质与物质之间的相互关系，而尼古拉·特斯拉的时空转换方程体现的是时间和空间之间的关系。如此一来，物质，空间，时间，三者彼此之间便都有着紧密的关联。
而根据爱因斯坦的相对论，时空能被弯曲，也就等于爱因斯坦实则是发现了时空的相变效应（时间快慢可以被相对改变——时间膨胀效应，空间能被有质量的物体弯曲——空间弯曲效应)。时间和空间都能发生相变效应，这不禁会让爱好科学的人士思考到：物质会/能发生相变效应吗？也许，会有人说爱因斯坦相对论里物体在运动中表现出来的“尺缩效应”不就是相变效应吗？其实并不全是，因为这种尺缩效应体现的只是长度上的尺缩，而不是整体上的尺缩，因此确切说并不能算真正的物质相变效应。探索科学，探索宇宙，水木长龙与您继续我们的探索之旅。
物质相变效应
真正的物质相变不止体现在长度的变化上，而应体现在整体尺寸的改变上，即物质相变效应指的应是“体缩效应”。而真正的物质体缩效应，并非体现在体积大小的变化上，而是物质的量子结构相对量子空间的密度的改变上。
接下来我们正式进入为什么说物体大小与体积无关，而与量子密度有关的探索。
重定物质最小单元——弦量子
起初，物理学家认为，万物皆由基本粒子而组成，并认为基本粒子是物质的最小、不可再分的组成单元。但是，随着时间的向前推移以及物理科学的不断深入研究，科学家发现，并非所有的基本粒子都不可再分。所谓的不可分，只是相对于科学家所在时间段的研究成果而言的。比如，曾经原子被认为是不可再分的最小粒子，但现在我们知道原子由电子，质子，中子组成，而质子和中子由夸克组成。
为了避免这种盲目化可能为以后的研究带来的层叠错误，量子物理学家想到了一个解决的方法，即将一切物质的最小组成单元定义为量子，结合最新弦理论的研究成果，于是宇宙万物的最小组成单元便可以被定义为“弦量子”。也就是说，所有的物质都是由真正不可再分的弦量子而组成，哪怕是最基本的粒子。
当物质被量子化后，也就等于将宏观与微观从理论上衔接了起来。这时候，所谓的大小，也就变成了像爱因斯坦的相对论一样，必须是相对而言。
电影里的缩放技术
相信不少人都看过科幻「蚁人2」，里面的“缩放”高科技相信一定会给不少人留下深刻印象：只要按一下遥控按钮，高耸的实验楼房便能瞬间被缩小而变成可以拉提的箱子大小；只要按一下遥控按钮，一辆汽车便能立马变成玩具车大小；被汉克轻松地拿起来放到手提箱里；只要按一下遥控按钮，盔甲和人便可以立即被缩小到蚂蚁大小；只要按一下遥控按钮，斯科特立马就能变成巨人，把大卡车当滑板车玩。
缩放技术在现实中能实现吗？
那么，这种影视科幻里的缩放技术，有一天能否在现实中实现呢？
也许，会有大部分研究者持否定态度，因为他们会认为，物体缩小后就会失去原先的功能，失去功能的缩小物，已经不再是从前的物质了。
比如，将一辆汽车缩小，虽然体积被缩小了，但理论上质量并未发生变化，这样就会导致其原先的功能结构发生一定程度上的改变：燃料不能结合氧气燃烧，原先的液态物质可能被固化，固态物质会被致密化等，尤其汽车被缩小后质量并未改变，想要将其轻松拿起来更是不可能。对于缩小人，更是天方夜谭。因为人如果被缩小到蚂蚁大小，很可能连呼吸氧气都会成为难题，因为身体的很多功能器官都被致密化了，连血液都可能变成了不能再流动的固态。
所以，不少研究者认为缩小技术在现实中很难做到像科幻中所演的那样，目前人类科技只能将简单形状物体的体积缩小1000倍，即长、宽、高的尺寸分别缩小10倍。
以上就是所谓的习以为常的解释，用宏观世界的砖瓦石块，想要去堆砌微观世界里的高楼大厦，看似依理行事，实则南辕北辙，因为所遵循的原理并不正确。
摒弃习以为常的固化思维，再探“缩放技术”
真正的缩放技术，大小与体积无关，质量会随缩放上的相变而发生相应的改变。也就是说，科幻上的缩放技术并非不可行。
当物质被量化后，即将物质量化为由最小的量子弦所（量子弦的振动模式和运动模式会形成各种基本粒子)组成，物质的大小由量子结构相对量子空间的密度所决定，质量大小取决于量子间的真空能量多少（即量子空间大小)。所以，如果能进入微观世界参观的话，可能会意识到，一片叶子大小的物质也许与一辆汽车大小的物质没什么区别，即两个看起来大小悬殊的汽车，很可能它们本来就是完全一样的大小。
物质的大小与体积无关，取决于相对空间的量子密度
为什么说物质的大小与体积无关，取决于相对空间的量子密度呢？这跟量子微观世界里普遍存在的一种奇特现象有关，即微观里的一切量子都不能同时确定其速度和位置，当测得量子的位置时，你无法测出它会在何时再次出现，当测出一个量子的速度时，你无法测得下一刻它会歇脚于何处。正因为量子世界里的“民众”都被海森堡的不确定性理论给约束着，才导致量子弦构成的物质大小与体积无关，而只能被衡量于其相对密度的大小。
比如，由量子弦构成的一片树叶大小的物质，与由量子弦构成的一辆汽车大小的物质，如果构成它们的量子密度等同，确切说，构成它们的量子结构在相对量子空间上的相对密度等同的话，那么它们的大小就是相等的。
或许对不少读者而言很难理解，尤其对于对量子力学比较陌生的读者或许更是难以理解。没关系，我们再做进一步的详细剖解，尽量理清所有疑团。
我们先解析汽车缩小后为什么其大小并没有发生实质的改变。
「蚁人2」里珍妮特按一下遥控按钮，便能将一辆汽车缩小到玩具车大小。假设，在未缩小前，汽车的量子结构在宏观的相对空间（等于汽车所占宏观空间的真空大小)里的相对密度为数组（δ1，δ2，δ3，δ4……δn)，如果将汽车相对缩小n倍，那么汽车的量子结构的相对空间也会一起缩小n倍，量子结构间的距离同样会随之缩小n倍。正因为相对空间与量子结构间距同时缩小n倍，所以经计算（计算过程稍嫌繁琐，此处省略)，会得出汽车在相对量子空间的相对量子密度与未缩小前所在宏观空间的相对密度等同。
难道量子密度等同，就意味着大小一样吗？
答案：正是。因为如果将整个宇宙空间量子化的话，也就不存在宏观与微观的区别，所谓大小，只是相对所在空间而言，而空间大小，并不固定，随着所在物体的量子间距（影响物质质量的本因，后面会讲解到）而发生变化。故此，在量子结构所在量子空间的相对密度相等的情况下，并不存在真正的大小区别。如果仍然觉得不太好理解，可以思考一下宏观上的透视原理。
在我们习以为常的认知里，越远的物体之所以看上去越小，是因为光的透视原理造成的错觉效应。而实际上，这种对习以为常现象的习以为常的解释很可能并不正确，哪怕是结合眼睛的物理结构和大脑的自动矫正功能，也只不过是人们对习以为常的现象和经验所推测出的一种可能物理解释而已，并不一定就是事物的本相或真理。
根据我们以上的推理分析，越远的物体之所以看上去越小，正是微观世界的量子化物质在宏观世界的展现。如果我们能理解远处的物体看上去小实际上并不小的本质原理，也就不难理解缩小后的汽车与未缩小的汽车大小其实是一样的。它们唯一改变的是“相”，即我们前面所说的“物质相变”。而物质的相变会引起质量的改变。
量子密度不变的物质相变，质量将发生改变
我们知道，构成我们身体的原子内部实际上存在很多真空，用百分比表示的话，将是99.99999……，省略n个9。假如原子的真空全部被压缩成实体的话，那么我们就会从宏观世界里突然消失，因为被压缩后的身体会比蚂蚁的亿万分之一还要小（当然，这只是以我们习以为常的物理常识来说的，根据我们刚刚探讨过的理论，大小并未发生任何变化)。
如果物体被从量子化的角度思考的话，将其缩小也就意味着将物体的量子结构进行空间上的压缩。而这种压缩，实际上缩小的是量子之间的真空空间。而真空并不空，实际上蕴藏着意想不到的能量。正因为真空不空，爱因斯坦才能发现质能转化方程，才会有原子弹的问世，才会有真空涨落从而生成量子弦，进而构成宇宙万物。
所以，当对一个物体进行缩小时，是通过挤出真空能量来实现的，显然，物体的质量并不是不变，而是会随着物体被缩小的程度做相应的变化。
相变效应是物质原本即具有的属性
如果说爱因斯坦发现的时空弯曲效应是时空本来就存在的一种属性，特斯拉发现的时空转换方程是时间和空间之间本来就存在的一种关系的话，那么，作为物质、时间、空间三者之间的完美结合，物质的相变效应更应该是物质本身即具有的一种属性，并且无需外力的作用，只与空间和时间相关联。
显然，量子真空涨落便是物质相变的起因（延伸思考中我们会探讨它的修补与优化功能），正如物体质量是引起时空弯曲的起因，时间和空间之间的转化借助的是物质能量的桥梁一样。也就是说，物质相变本身原本就是很容易实现的一种状态变化，也正因此，才会有宇宙万物的演化发展。
延伸思考：
（1）量子密度等同但形状不同的两物体，是否大小相等？
答：根据前面我们的探讨分析，量子密度等同但形状不同的两物体的大小是相等的。
原因：假如一片叶子的量子结构的密度，与一辆汽车的量子结构的密度是一样的，也就意味着它们的量子结构在量子空间矩阵上的分布是一样的；而形状的不同，可通过量子涨落进行修补。这也解释了为什么量子世界总是存在那么多的不确定性（海森堡的不确定性原理只是其中一小部分），同时也可以推测出量子真空涨落的原因——为了无时无刻的修补工作，也为了无时无刻的空间优化。
举例说明：即使孙悟空变成了苍蝇，但其本身的量子结构密度并未因此而改变，也就是说，变成苍蝇与否的大小并未发生本质的改变（但质量却发生了相应的改变），但与真苍蝇的量子结构密度并不一定等同，即与真苍蝇的大小并不相同（或许也正因此，才能被本领更高级的大师一眼识破真伪）。
（2）如果将一个物体截去一块，剩下部分与原来物体是否还相等？
答：大小依然相等。
原因：同（1）中的解释，量子涨落具有修复功能，只要不是全部消失，无论截去多少，都可在量子涨落的过程中恢复成原状，所以物体大小与残缺与否无关。
举例说明：哈利波特的隐身斗篷没有将一只脚遮住，于是斗篷外的人只能看到一只脚，但并不能因此就说这只脚不再是哈利波特的。
（3）黑洞质量很大，按照本文理论，岂不是恒星晚期坍缩为黑洞后质量几乎为0了吗？
答：并非如此。
原因：坍缩而成的黑洞，其量子结构密度与未发生坍缩前的恒星的量子结构密度并不等同，也就是说，恒星在坍缩成黑洞的过程中其量子结构密度一直在发生改变。前文我们已经探讨过，量子结构密度不变的物质发生相变，质量会相应地随之改变（变大时质量会增加，反之，质量会减少）。但是，如果物质的量子结构密度在相变过程中一直发生着改变，即使是物质发生了缩小相变，其质量并不一定成比例地相应减少（可能减少，也可能保持不变，还可能会增加，与物质的量子结构在量子空间上的分布有关），而恒星演变成黑洞的过程，除了损失的部分能量外，剩下的质量显然都分布在了量子结构的空间矩阵上。所以黑洞的引力在其视界范围内非常强大。
举例说明：中子星是恒星在演化过程中因为遭受极度压缩而使电子并入质子从而形成中子而得名，其物质密度仅次于黑洞。但是，物质密度并不等于量子结构密度，前者越大，质量越大，后者正好相反。中子星虽然被极度压缩，但与黑洞一样，量子结构密度并非前后保持不变，而是变小了，即构成中子的量子结构在压缩中因为保持不变（否则不再是中子）而导致量子密度相对变小了，量子密度变小，质量反而会增大。
（4）“物质相变”理论或可解释地球上那些无法解释的古老建筑之谜
地球上遗留有诸多古老大型建筑，很多都无法用我们已知的科学常识给出合理的解释。比如，古埃及的胡夫金字塔，共由230万块石块构建，平均每块石块重达2.5吨，最重的石块超过15吨，在几千年前的古埃及，究竟是如何将如此沉重的大石块吊起来的至今仍然是个未解之谜。
如果用物质的相变原理来解释，尤其如果相变效应本身即是物质的一种属性的话，那么不排除古埃及人或许已经掌握了物质的相变原理并能轻松运用之，因此用巨石构建金字塔也就不是什么不可能的事了。
本篇文章「水木长龙」原创，原创不易，请尊重原创的不易，谢谢。今天的分享就到这里，感谢您对水木的支持。
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