作者拉里·M
西尔弗伯格，《对话》 一种新的物质结构可以模拟最大和最小的事物——从恒星到光
信用:克里斯托弗·特雷尔，抄送 物质是构成宇宙的东西，但构成物质的是什么？这个问题对于那些思考这个问题的人来说一直是棘手的——尤其是对于物理学家
我的同事杰弗里·艾申和我描述了一种思考物质的最新方式，反映了物理学的最新趋势
我们提出，物质不是像长期以来认为的那样由粒子或波组成，而是——更根本地说——物质是由能量碎片组成的
从五点到一点 古希腊人设想了物质的五个组成部分——从下到上:土、水、空气、火和乙醚
以太是充满天空的物质，解释了从地球有利位置观察到的恒星的旋转
这些是一个人建立世界的最初最基本的要素
近2000年来，他们对物理元素的概念没有发生显著变化
然后，大约300年前，艾萨克·牛顿爵士提出了所有物质都存在于称为粒子的点上的观点
150年后，詹姆斯·克拉克·麦克斯韦引入了电磁波——磁性、电和光的潜在且通常不可见的形式
粒子是力学的构件，波是电磁学的构件——公众认为粒子和波是物质的两个构件
粒子和波一起成为各种物质的组成部分
这是对古希腊五行的巨大改进，但仍有缺陷
在著名的双缝实验系列中，光有时像粒子，有时像波
尽管波和粒子的理论和数学允许科学家对宇宙做出难以置信的准确预测，但规则在最大和最小的尺度上都被打破了
爱因斯坦在他的广义相对论中提出了一个补救方法
利用当时可用的数学工具，爱因斯坦能够更好地解释某些物理现象，也解决了一个与惯性和重力有关的长期悖论
但他没有改进粒子或波，而是在提出时空扭曲时消除了它们
我和我的同事使用更新的数学工具，展示了一个可能准确描述宇宙的新理论
我们没有把理论建立在时空扭曲的基础上，而是认为可能有一个比粒子和波更基本的积木
科学家们理解粒子和波是存在的对立面:粒子是存在于单个点的物质的来源，波存在于除了产生它们的点之外的任何地方
我和我的同事认为他们之间有潜在的联系是合乎逻辑的
能量的流动和碎片 我们的理论始于一个新的基本理念——能量总是“流经”空间和时间的各个区域
把能量想象成由填满一个空间和时间区域的线组成，流入和流出那个区域，永不开始，永不结束，永不相交
广义相对论是第一个准确预测水星轨道轻微旋转的理论
信用:Rainer Zenz通过维基共享 从流动能量线的宇宙的概念出发，我们寻找流动能量的单一构件
如果我们能够找到并定义这样一个东西，我们希望能够用它来精确地预测宇宙最大和最小的尺度
数学上有许多构件可供选择，但我们寻找的是既有粒子又有波的特征——像粒子一样集中，又像波一样在空间和时间上分散
答案是一个积木，看起来像一个能量集中的地方——有点像一颗恒星——中心的能量最高，离中心越远能量越小
令我们惊讶的是，我们发现只有有限的几种方法来描述流动的能量集中
其中，我们只找到了一个符合我们对流动的数学定义的
我们称它为能量碎片
对于数学和物理爱好者来说，它被定义为A = -⍺/r，其中⍺是强度，r是距离函数
利用能量碎片作为物质的组成部分，我们构建了解决物理问题所需的数学
最后一步是测试它
回到爱因斯坦，增加普遍性 100多年前，爱因斯坦求助于物理学中的两个传奇问题来验证广义相对论:水星或水星凌日时非常微小的年度移动(或岁差)，以及光线经过太阳时的微小弯曲
这些问题处于规模范围的两个极端
物质的波动理论和粒子理论都不能解决它们，但广义相对论可以
广义相对论扭曲了空间和时间，导致水星轨道移动，光线弯曲，精确到天文观测中看到的量
如果我们的新理论有机会用更基本的碎片来代替粒子和波，我们也必须用我们的理论来解决这些问题
对于水星的进动问题，我们把太阳模拟成一个巨大的静止的能量碎片，把水星模拟成一个较小但仍然巨大的缓慢运动的能量碎片
对于光的弯曲问题，太阳也是以同样的方式被模拟的，但是光子被模拟成一个以光速运动的微小能量碎片
在这两个问题中，我们计算了移动碎片的轨迹，得到了与广义相对论预测相同的答案
我们惊呆了
我们最初的工作展示了一种新的积木是如何能够精确地模拟从巨大到微小的物体的
在粒子和波分解的地方，能量构建块的碎片保持强大
这个片段可能是一个单一的潜在的普遍的构建模块，从这个模块中可以数学地模拟现实——并更新人们对宇宙构建模块的思考方式
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