科學猜想(五):常數是宇宙的初始化參數

自然世界是由各類定律支配的,定律用公式、方程式來表示,

公式、方程式中有變量也有常量。變量根據不同的情況確定其值,但是除了變量以外,我們發現往往有些固定的量,叫常量。常量(Constant)是一類貌似不重要,其實是內涵重要含義的數值。

  • 常量的普適性(時空)

常量要在公式、方程上能夠應用,必須要能在時間上、空間上連續可用,當然除了如宇宙大爆炸前、黑洞以內這些奇點以外,才可以連續可用。但是,在本宇宙的時空上連續可用,不代表在其他宇宙中可用,其他宇宙中的常數情況很難界定,這個是時空構造有關係,包括維度等,那是另說了。

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時空

  • 常量的映射性(關係)

以下常量中,有很多無理數,無理數往往是無限不循環小數,如圓周率π、自然對數底e、黃金分割φ等,有的有量綱、有的無量綱,並可以推導,這種“無理性”並非沒有道理,往往暗含了重要意義。筆者認為:

  1. “無限不循環性”,反映了測不準、量子效應在幾何宏觀上的效果,只能無限精確,但不能絕對準確。
  2. “可分解性”,即可以使用正弦或餘弦函數來無限模擬任何函數,這一點也反映出,宏觀粒子/物體,實際上可能是由很多個波形態的東西疊加而成的,這一點有待繼續研究。
  • 常量的相對性(物質)

這些常量,一般是針對真空的,當穿透物體時,有些常量往往會發生變化,如磁導率和電容率等。這一類常量,與物質自身的特性相關,會發生一定變化,部分反映物質的特性。

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公式


歐拉公式

這個恆等式也叫做歐拉公式,它是數學裡最令人著迷的一個公式,它將數學裡最重要的幾個數字聯繫到了一起:兩個超越數:自然對數的底e,圓周率π;兩個單位:虛數單位i和自然數的單位1;以及被稱為人類偉大發現之一的0。數學家們評價它是“上帝創造的公式”。

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歐拉公式

圓周率(π)

圓的周長與直徑的比值,一個在數學及物理學中普遍存在的常數。π也等於圓形之面積與半徑平方之比。是精確計算圓周長、圓面積、球體積等幾何形狀的關鍵值。 在分析學裡,π可以嚴格地定義為滿足sinx= 0的最小正實數。

π ≈ 3.14159 26535 89793 23846 26433 83279 50288 41971 69399 37510 58209 74944 59230 78164 06286 20899 86280 34825 34211 70679 ...

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π

自然常數(e)

自然常數,是數學中一個常數,就是公式為lim(1+1/x)^x,x→∞或lim(1+z)^(1/z),z→0 ,是一個無限不循環小數,是為超越數。同時,e也是一個成熟的細胞的平均分裂週期

e ≈ 2.71828 18284 59045 23536 02874 71352 66249 77572 47093 69995 95749 66967 62772 40766 30353 54759 45713 82178 52516 64274 ...

黃金分割率(φ)

把一條線段分割為兩部分,使其中一部分與全長之比等於另一部分與這部分之比。其比值是一個無理數,取其前三位數字的近似值是0.618。由於按此比例設計的造型十分美麗,因此稱為黃金分割,也稱為中外比

φ = 0.6180339887 4989484820 4586834365 6381177203 0917980576 2862135448 6227052604 6281890244 9707207204 1893911374 ...

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φ


麥克斯韋方程組

麥克斯韋方程組是英國物理學家詹姆斯·麥克斯韋在19世紀建立的一組描述電場、磁場與電荷密度、電流密度之間關係的偏微分方程。它由四個方程組成:描述電荷如何產生電場的高斯定律、論述磁單極子不存在的

高斯磁定律、描述電流和時變電場怎樣產生磁場的麥克斯韋-安培定律、描述時變磁場如何產生電場的法拉第感應定律

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麥克斯韋方程組

電容率(ε)

介質在外加電場時會產生感應電荷而削弱電場,介質中的電場減小與原外加電場(真空中)的比值即為相對介電常數(relative permittivity或dielectric constant),又稱誘電率,與頻率相關。

磁導數(μ

磁場強度H等於在給定點上的磁感應強度B和磁常數μ0之商與磁化強度M之差。在真空中,為磁感應強度B與磁常數μ0之商。

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真空磁導率μ0 和電容率ε0 以及光速的關係


萬有引力定律

萬有引力定律是艾薩克·牛頓在1687年於《自然哲學的數學原理》上發表的。牛頓的普適的萬有引力定律表示如下:任意兩個質點有通過連心線方向上的力相互吸引。該引力大小與它們質量的乘積成正比與它們距離的平方成反比,與兩物體的化學組成和其間介質種類無關。

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萬有引力定律

引力常量(G)

牛頓發現了萬有引力定律,但引力常量G這個數值是多少,連他本人也不知道。萬有引力定律發現了100多年,萬有引力常量仍無準確結果,這個公式就仍不能是一個完善等式。直到100多年後,英國人卡文迪許利用扭秤,才巧妙測出這個常量。其測出引力常量的實驗也被稱為測量地球重量的實驗。

G=6.672x10^(-11)N·(m/kg)^2


理想氣體狀態方程

理想氣體狀態方程,又稱理想氣體定律、普適氣體定律,是描述理想氣體在處於平衡態時,壓強、體積、物質的量、溫度間關係的狀態方程。它建立在玻義耳-馬略特定律、查理定律、蓋-呂薩克定律等經驗定律上。

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理想氣體狀態方程

p是指理想氣體的壓強,V為理想氣體的體積,n表示氣體物質的量,而T則表示理想氣體的熱力學溫度;還有一個常量:R為理想氣體常數。可以看出,此方程的變量很多。因此此方程以其變量多、適用範圍廣而著稱,對常溫常壓下的空氣也近似地適用

摩爾氣體常量(R)

氣體常量表徵氣體性質的一個普適常量 。全稱為摩爾氣體常量,又稱普適氣體常量,簡稱氣體常量 ,是化學當量比時空氣與燃料質量之比,常用符號R表示。根據理想氣體狀態方程pV=nRT,R等於1摩爾任何理想氣體的壓強p和體積V的乘積除以絕對溫度T ,取標準狀態T =273.15K,p=1大氣壓,標準狀態下的氣體體積V0可由實驗得出比較準確的數值:

R = 8.314510x10^(-3) J/(mol)


質能公式

質能公式

是1905年著名科學家阿爾伯特·愛因斯坦提出的一個質能轉換方程,該方程主要用來解釋核變反應中的質量虧損和計算高能物理中粒子的能量。質能方程:

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質能公式

E表示能量,m代表質量,而c則表示光速。這也導致了德布羅意波和波動力學的誕生。

真空中的光速(c)

自然界物體/波運動的最大速度。光速與觀測者相對於光源的運動速度無關。物體的質量將隨著速度的增大而增大,當物體的速度接近光速時,它的動質量將趨於無窮大,所以質量不為0的物體達到光速是不可能的只有靜質量為零的光子,才始終以光速運動著。光速與任何速度疊加,得到的仍然是光速。真空中的光速是一個重要的物理常量。

c = 299792458 m/s


波函數

用Ψ表示。一般來講,波函數是空間和時間的函數,並且是複函數,即Ψ=Ψ(x,y,z,t)。將愛因斯坦的“鬼場”和光子存在的概率之間的關係加以推廣,玻恩假定Ψ*Ψ就是粒子的概率密度,

即在時刻t,在點(x,y,z)附近單位體積內發現粒子的概率。波函數Ψ的絕對值的平方因此就稱為概率幅。

薛定諤方程

將物質波的概念和波動方程相結合建立的二階偏微分方程,可描述微觀粒子的運動,每個微觀系統都有一個相應的薛定諤方程式,通過解方程可得到波函數的具體形式以及對應的能量,從而瞭解微觀系統的性質。薛定諤方程表明量子力學中,粒子以概率的方式出現,具有不確定性,宏觀尺度下失效可忽略不計。

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薛定諤方程

薛定諤方程是量子力學的基本方程,它揭示了微觀物理世界物質運動的基本規律,如牛頓定律在經典力學中所起的作用一樣,它是原子物理學中處理一切非相對論問題的有力工具,在原子、分子、固體物理、核物理、化學等領域中被廣泛應用。

普朗克常數(h)

普朗克常數記為h,是一個物理常數,用以描述量子大小。在量子力學中佔有重要的角色,馬克斯·普朗克在1900年研究物體熱輻射的規律時發現,只有假定電磁波的發射和吸收不是連續的,而是一份一份地進行的,計算的結果才能和試驗結果是相符。這樣的一份能量叫做能量子,每一份能量子等於hν,ν為輻射電磁波的頻率,h為一常量,叫為普朗克常數。在不確定性原理中普朗克常數有重大地位,粒子位置的不確定性×粒子動量的不確定性×粒子質量≥普朗克常數。

h=6.62606896(33)×10^(-34) J·s


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