話不多說,一句話解釋就是,索尼昨天公開了一批官方的周邊產品。其中就有《死亡擱淺》第一個預告片中出現的弩哥戴著的U盤。而有趣的是,作為周邊的U盤上已經出現了所有的“物理公式”,又要來了。

量產型

原圖地址

其實早在去年年底,小島秀夫就考慮過將此周邊量產化,這是當年樣品的照片。

當時的樣本

說回這次的官方周邊,如果這張圖看不清楚的話,那麼我們將其調轉90度,就能看得更明白一些了。

同學們,好好學習。別把應試和學習概念混為一談

從上到下依次出現的公式分別為:

  • 史瓦西半徑公式

  • 旋量波函數/希格斯場與希格斯玻色子

  • 狄拉克方程(協變形式)

  • 反應-擴散方程

  • 量子糾纏(光子對糾纏的貝爾態)/波函數疊加態

  • 愛因斯坦引力場方程

每個字都認識,但是連起來就看不太懂是吧?的確我也不太懂,那麼下面有請維基百科與我身邊的物理學大哥齊登場,儘量為大家解釋一下它們……

史瓦西半徑公式

史瓦西黑洞半徑公式和狄拉克方程在之前弩哥U盤的高清圖裡已經出現過了,這回我們就不更加詳細的介紹了,公式部分內容為:史瓦西半徑是任何具有質量的物質都存在的一個臨界半徑特徵值。在物理學和天文學中,尤其在萬有引力和相對論中它是一個非常重要的概念。1916年由卡爾·史瓦西首次發現。他發現這個半徑是一個球狀對稱、不自轉的物體的重力場的精確解。 一個物體的史瓦西半徑與其質量成正比,例如太陽的史瓦西半徑約為3千米,而地球的史瓦西半徑只有約9毫米。

賣這個也能賺錢,學會了

一個不少於3.2個太陽質量的星體一旦坍縮至小於它的史瓦西半徑便會因為自身重力坍縮成為一點,從而變成黑洞。對於一個已經形成的黑洞來說,若將史瓦西半徑內的物質看作一個系統,則該系統內的任何物質都無法逃逸出該半徑之外。換句話說,該半徑也是不帶電荷無自轉黑洞的視界,光和粒子均無法逃離這個球面。由於黑洞的無毛性(即我們無法得到有關黑洞內部的有效信息),再加上目前所知的科學定律在史瓦西半徑內均會失效,因此我們無法觀測或者預測史瓦西半徑內的事件。也就是說,我們無法確切知道黑洞內是否存在一個由某種物質組成的球體,如果存在的話,其球體的半徑是多少。正因如此,視界通常被認為是黑洞的表面。又因為黑洞視界本身並不好直接測量,史瓦西半徑等類似方法就作為估算視界半徑的方法。銀河中心的超大質量黑洞的史瓦西半徑估計約為780萬公里。一個平均密度等於臨界密度的球體的史瓦西半徑等於我們的可觀測宇宙的半徑,也就是說如果可觀測宇宙的平均密度為臨界密度,其本身可被理解為一個黑洞。

我們再回想一下《死亡擱淺》第三部預告的這個片段

如果你對之前的解析文章感興趣,歡迎移步→ 《死亡擱淺》預告片裡弩哥的“U盤”上寫著啥

旋量波函數/希格斯玻色子與希格斯場

旋量最先是由埃利·嘉當於1913年引入幾何學的。當空間從0°開始,旋轉了完整的一圈(360°),旋量發生了正負號變號(見圖),這個特徵即是旋量最大的特點。通俗來講,旋量就像原先指向莫比烏斯帶外側的矢量,順著莫比烏斯帶上的環圈(代表“物理系統”)旋轉了360°,矢量轉而指向內側,亦即發生正負號變號。

莫比烏斯環帶

因為具有自旋的性質,因此旋量可以用來描述自旋確定為1/2的粒子,例如電子等等,用旋量來描述這些粒子的波函數就叫做旋量波函數。

這個U盤上出現的旋量波函數公式是一個定義式,即在粒子的自旋確定為1/2的情況下,包含-1/2和+1/2兩種狀態,因此此時的波函數可以寫成兩個波函數,就是等號右邊的兩個波函數。

在量子力學中,用波函數Ψ(x,y,z;τ)描寫粒子的狀態。波函數是粒子在空間的位置(x,y,z)以及粒子自旋σ 的函數。如果粒子的自旋為1/2 (即自旋量子數為1/2)則描寫這種粒子狀態的波函數有兩個分量:Ψ1和Ψ2。Ψ1描寫粒子自旋角動量為+1/2的狀態;Ψ2描寫粒子自旋角動量為-1/2的狀態。

(上帝粒子)

當然,因為這不是一個具體的公式,所以還有一種可能,這是一個雙希格斯模型中某個簡化變式。並且,根據遊戲的劇情來看,這一種可能性應該會更大一些。

《天使與魔鬼》中也是以這個粒子為線索

不給大家解釋過多的關於希格斯玻色子相關的內容了,可能各位會越聽越迷糊,這裡我們說它的另一個不太準確的“玄學名字”——上帝粒子

諾貝爾物理學獎得主利昂·萊德曼在他自己的書裡最先把希子稱呼為了上帝粒子,因為它在當今物理學中處於極為中心的位置,對我們理解物質的結構極為關鍵、也極為難以捉摸。從希格斯最早提出希格斯玻色子的概念,經歷了幾十年的時間,在歐洲大型強子對撞機(LHC)建成之後,希子終於被確認存在了。

希子被確認之後也相當於變相承認了希格斯場也存在於宇宙,這就可以解釋說明很多原先無法理解的“對稱性打破”的現象,也證實了某些尚未帶有質量的基本粒子可以通過希格斯場來獲得質量等等等等。最重要的是:有些宇宙學者認為希格斯場是真空能量的起源。在宇宙的最初時刻,溫度極高,希格斯場的對稱性毫無任何特徵,宇宙能量也同樣的沒有些微區別。但由於宇宙慢慢降溫,在之後接連發生的幾次相變所造成的對稱性破缺給出了千變萬化的宇宙。最後一個相變所造成的對稱性破缺打破了電弱力,使得弱作用力與電磁作用力被分離。

不過這只是一本小說

總而言之,希格斯玻色子和希格斯場從基本理論證實存在到實際發現存在給現在的量子力學、宇宙學帶來了特別多的新方向,但是它也並沒有解釋宇宙的全部奧祕,所以所謂的“上帝粒子”並沒有終止人類對宇宙的探索。我們還在路上。

狄拉克方程(協變形式)

這個同樣出現在《死亡擱淺》第一部預告中,以及官方的高清圖裡,

這位對量子力學做出卓越貢獻的科學家還提出了狄拉克之海這一概念,這樣一個充滿了無限負能量粒子態的真空模型因為逼格滿滿的名字也被引用到了很多文學作品裡,比如《EVA》裡夜天使吞噬初號機的空間。《死亡擱淺》的某些個鏡頭是不是也讓你想起《EVA》了呢?

在EVA裡也是很特殊的一個使徒

關於這兩個公式在上一次的弩哥U盤文章裡已經出現過了,這裡就不多說了。

反應-擴散方程

要了解反應-擴散方程就得先明白菲克定律。菲克定律描述擴散作用,可以使用這條定律來求得擴散係數D,定律由阿道夫·菲克於1855年推導出來。說簡單點,此定律建立了描述物質從高濃度區向低濃度區遷移的擴散方程,所以菲克定律也叫擴散定律。

U盤上出現的這個方程是它在數學上的一般形式,反應-擴散系統是一類數學模型的統稱。其中最常見的就是上面提到的化學物質從高濃度區向低濃度區遷移所導致的它們在空間分佈上的變化。整個過程裡,局部的化學反應使物質互相轉變,而擴散作用使這些物質向四周分散。所以反應-擴散系統模擬的是在反應和擴散這兩種不同機制的競爭下,物質在空間分佈上的具體行為。

要說在遊戲裡體現的話,可能就是某個物質變化的時候,物體運行的方向?

量子糾纏(光子對糾纏的貝爾態)/波函數疊加態

這個名字聽起來很帥,可能量子糾纏這個詞我們也時常聽到,那我們先從最基本的開始說起,什麼是量子糾纏?量子糾纏是粒子在由兩個或兩個以上粒子組成系統中相互影響的現象,雖然粒子在空間上分開。

只要在系統中兩個粒子有糾纏,一個粒子的行為就會影響另一個的狀態,一個粒子的狀態變化也會影響另一個,哪怕它們距離相隔甚遠。貝爾態(Bell States)是屬於量子信息學領域的一個術語,用於描述兩個量子比特(Qubit)系統的四種最大糾纏態。它得名於愛爾蘭物理學家,著名的貝爾不等式的提出者約翰·斯圖爾特·貝爾。一個量子比特的量子態即可表示為兩個本徵的波函數疊加。

會不會在遊戲裡會出現和大家印象裡不一樣的蟲洞

(波函數疊加態)

這個方程是波函數疊加態的一種表示,那什麼是波函數呢?

波函數是量子力學中可以用來描述量子系統的量子態的一種復值函數,取名為波函數正是因為它具有“波”的性質。舉個例子來看,現在有一個波函數Ψ(r,t),那它就可以表示粒子在位置r、時間t的概率幅,而它的絕對值的平方|Ψ(r,t)|^2則可以表示在位置r、時間t找到粒子的概率密度。再簡單點來說,“態”是一種抽象概念,而波函數就是這種概念的具象化表現形式。

說到這相信很多人還是一頭霧水,那我們聊聊薛定諤或許就容易理解一些。在1920年代與1930年代,理論量子物理學者大致分為兩個陣營。第一個陣營的成員主要為路易·德布羅意和埃爾溫·薛定諤等等,他們使用的數學工具是微積分,他們共同創建了波動力學。第二個陣營的成員主要為維爾納·海森堡和馬克斯·玻恩等等,使用線性代數,他們建立了矩陣力學。後來,薛定諤證明這兩種方法完全等價。

1924年,德布羅意假說揭示了粒子的波粒二象性特點。既然粒子滿足波粒二象性特點,那麼應該也是存在一種波動方程可以描述它們的量子形態。受此啟發,薛定諤參考前人的研究,提出了著名的『薛定諤方程』,1926年正式發表。

那在一維空間裡,單獨粒子的波函數就滿足『含時薛定諤方程』。雖然波函數是量子力學的核心理論,但是它的本質究竟是什麼,是物理學界一直以來的未解之謎。

關於波函數的疊加態,其實更好理解。我們還拿『薛定諤的貓』,大家都知道『薛定諤的貓』假說中,貓被關在一個盒子裡,盒子裡有毒藥,假設原子衰變會觸發機關打碎毒藥瓶,那麼貓就會死,反之則一直活著。但由於原子衰變是一個隨機事件,我們就無從得知貓的死活,那麼在某個時間段內,這隻貓就處於又死又活的疊加態。在數學裡,疊加原理表明,線性方程的任意幾個解所組成的線性組合也是這方程的解。由於薛定諤方程是線性方程,疊加原理也適用於量子力學,在量子力學裡稱為態疊加原理。對於波函數來說,假若一個量子系統的量子態可以是幾種不同量子態中的任意一種,則它們的歸一化線性組合也可以是其量子態,這種線性組合既為“疊加態”。

薛定諤的貓

我想,對於小島秀夫和玩家來說,『波函數的坍縮』可能更吸引人,因為有一部分物理學家認為波函數的坍縮可能與意識的產生有關。在量子力學中,波函數的坍縮指某些量子體系與外界發生一定作用後,波函數發生突變,變成其中一個本徵態或有限個具有相同本徵值的本徵態的線性組合的現象,用來解釋為何在單次測量中被測定的物理量的值是確定的。還用『薛定諤的貓』來舉例,通俗來說,不打開盒子的話,貓就有可能處於又死又活的疊加態。而一旦我們打開了盒子,觀測到的結果只可能有一種,貓要麼被毒死,要麼活得好好的。而打開盒子的這個過程就可以看作是波函數的坍縮,讓我們獲得了一個確定的物理量。一些帶有唯心主義的觀點認為,測量這一行為導致了波函數坍縮,而這個行為本身又是由意識驅動的,那麼是不是可以等同於波函數的坍縮是由意識導致的呢?而這個過程又是不是可逆的?這個問題雖然看上去很像是詭辯,但在“哥本哈根詮釋”的框架下,確實沒有辦法回答這個問題,或者說很難推翻這種觀點。因為測量這個過程在“哥本哈根詮釋”的框架下過於特殊了,觀測這個行為本身確實應該是有意識的行為,所以片面解讀成意識控制的行為引發了坍縮是不能宣告為錯誤的。

但是我相信隨著科學的進步,波函數坍縮這些問題總是能被解答的,而小島這裡是不是想借用這個話題表達一些他自己關於『意識』的思考,我們就不得而知了。

說了半天,可能也沒聽明白,真的我也不是特別懂這個,說錯的地方還請大家批評指正!說一個比較貼近“生活”的例子:將兩個黑洞糾纏在一起,然後再將它們分離,鏘鏘!一個連接它們的蟲洞就製成了。遊戲裡該不會是用這個傳送的吧?

愛因斯坦引力場方程

1916年,愛因斯坦發表了他的廣義相對論論文,在論文中他提出了自己的引力場方程,這個方程不管你覺得它複雜也好簡單也好,對於沒有數學基礎的人,你甚至都看不懂其中的字母。

相信這個式子非物理專業者是看不懂的,不過沒關係,通過上述對式子中各項參數的介紹,這個引力場方程可以用下面這種最簡單的方式表達出來:

時空曲率 = 常數 × 物質

等式的左邊是時空曲率,也就是時空的彎曲;等式的右邊是物質,而物質的多少則代表著引力的大小,所以愛因斯坦的引力場方程反映出的重要思想 ,引力是等價於時空彎曲的。

更加詳細的內容小甘同學此前也有介紹過,點擊這個可以查看→到底什麼是中子星與引力波?

結語

總的來說,這些公式全部與宇宙相關,包括黑洞、宇宙大爆炸,等等等等。我們更能夠看出《死亡擱淺》用第一個預告片欺騙了我們,實際上雙關的是《死亡之絆》了。原先我們能理解小島把精力和討論的話題放在比較貼近人的觀點上,這回則是上升到了構成世界的根本物理之上。看來他是真的想從世界的根本入手,再一次讓人感嘆......

別再讓人回憶起考試了!行麼?

(不知道為啥,總覺得今年小島上臺的時候會拉個物理學家來站臺......)