物質(zhì)是什么構(gòu)成了宇宙，但是什么構(gòu)成了物質(zhì)呢?對于那些思考它的人來說，這個(gè)問題一直很棘手，尤其是對于物理學(xué)家而言。我的同事Jeffrey Eischen 和我描述了物理學(xué)的最新趨勢，并描述了一種思考物質(zhì)的更新方法。我們建議，物質(zhì)不是像長期以來想像的那樣由粒子或波構(gòu)成，而是(從更根本上來說)由能量碎片構(gòu)成。

從五到一

古希臘人設(shè)想了物質(zhì)的五個(gè)基本組成部分-從下到上：土，水，空氣，火和以太。從地球的有利位置觀察，以太是充滿天空并解釋恒星旋轉(zhuǎn)的物質(zhì)。這些是建立世界的最基本的基礎(chǔ)要素。他們對物理元素的概念在近2,000年中并未發(fā)生太大變化。

然后，大約300年前，艾薩克·牛頓爵士(Isaac Newton)提出了所有物質(zhì)都存在于稱為粒子的點(diǎn)上的想法。在那之后的一百五十年，詹姆斯·克萊克·麥克斯韋(James Clerk Maxwell)引入了電磁波–電磁，電和光的潛在且通常不可見的形式。曾擔(dān)任基石力學(xué)和波的粒子電磁和公眾的粒子和波作為兩個(gè)解決此事的積木。粒子和波一起成為各種物質(zhì)的基礎(chǔ)。

這是對古希臘人五個(gè)要素的巨大改進(jìn)，但仍存在缺陷。在一系列著名的實(shí)驗(yàn)(稱為雙縫實(shí)驗(yàn))中，光有時(shí)像粒子一樣起作用，而其他時(shí)候像波一樣起作用。盡管波和粒子的理論和數(shù)學(xué)使科學(xué)家能夠?qū)τ钪孀龀鲭y以置信的準(zhǔn)確預(yù)測，但這些規(guī)則在最大和最小的尺度上卻被打破了。

愛因斯坦在他的廣義相對論中提出了一種補(bǔ)救辦法。愛因斯坦使用當(dāng)時(shí)可用的數(shù)學(xué)工具，能夠更好地解釋某些物理現(xiàn)象，并解決了長期以來與慣性和重力有關(guān)的悖論。但是他沒有改進(jìn)粒子或波，而是在提議時(shí)空扭曲時(shí)消除了它們。

通過使用較新的數(shù)學(xué)工具，我和我的同事展示了一種可以準(zhǔn)確描述宇宙的新理論。我們認(rèn)為可能存在比粒子和波浪更根本的構(gòu)造塊，而不是將理論基于空間和時(shí)間的扭曲?？茖W(xué)家們理解，粒子和波是存在的對立面：粒子是物質(zhì)的源頭，它存在于單個(gè)點(diǎn)上，而波除了存在于產(chǎn)生它們的點(diǎn)之外，還存在于各處。我和我的同事認(rèn)為在他們之間建立潛在的聯(lián)系是合乎邏輯的。

能量流和碎片

我們的理論始于一個(gè)新的基本概念-能量總是“流經(jīng)”時(shí)空區(qū)域。

認(rèn)為能量是由充滿空間和時(shí)間的區(qū)域的線組成的，它流入和流出該區(qū)域，從不開始，從不結(jié)束，從不相互交叉。

從流動(dòng)能量線宇宙的想法出發(fā)，我們尋找了流動(dòng)能量的單個(gè)構(gòu)造塊。如果我們能夠找到并定義這樣的事物，我們希望我們可以使用它來以最大和最小的尺度準(zhǔn)確地做出有關(guān)宇宙的預(yù)測。

在數(shù)學(xué)上有很多構(gòu)建基塊可供選擇，但是我們尋求一種既具有粒子又具有波特征的模塊，既像粒子一樣集中，又像波一樣在空間和時(shí)間上擴(kuò)展。答案是一個(gè)看起來像能量集中的構(gòu)造塊，就像一顆恒星，其能量在中心處最高，而離中心越遠(yuǎn)越小。

令我們驚訝的是，我們發(fā)現(xiàn)描述流動(dòng)的能量集中度的方法非常有限。其中，我們發(fā)現(xiàn)只有一種符合我們對流動(dòng)的數(shù)學(xué)定義。我們稱它為能量的一部分。對于數(shù)學(xué)和物理學(xué)愛好者，其定義為A =-?/ r，其中?是強(qiáng)度，r是距離函數(shù)。

我們使用能量的碎片作為物質(zhì)的基礎(chǔ)，然后構(gòu)造了解決物理問題所需的數(shù)學(xué)。最后一步是對其進(jìn)行測試。

回到愛因斯坦，增加普遍性

一百多年前，愛因斯坦轉(zhuǎn)向物理學(xué)中的兩個(gè)傳奇性問題來驗(yàn)證廣義相對論：水星軌道上逐年的微小位移(或進(jìn)動(dòng))，以及光通過太陽時(shí)的微小彎曲。

這些問題是尺寸譜的兩個(gè)極端。物質(zhì)的波動(dòng)論和粒子論都無法解決它們，但是廣義相對論卻不能解決。廣義相對論使空間和時(shí)間發(fā)生扭曲，從而導(dǎo)致水星的軌跡發(fā)生移動(dòng)，而光的彎曲恰好是天文觀測所看到的。

如果我們的新理論有機(jī)會用可能更基本的碎片代替質(zhì)點(diǎn)和波動(dòng)，那么我們也必須能夠用我們的理論解決這些問題。

對于水星進(jìn)動(dòng)問題，我們將太陽建模為巨大的固定能量碎片，并將水星建模為較小但仍然巨大的緩慢移動(dòng)的能量碎片。對于光彎曲問題，以相同的方式對太陽建模，但將光子建模為以光速運(yùn)動(dòng)的微小能量碎片。在這兩個(gè)問題中，我們計(jì)算了運(yùn)動(dòng)碎片的軌跡，并得到了與廣義相對論所預(yù)測的相同的答案。我們被驚呆了。

我們的初步工作證明了新的構(gòu)建塊如何能夠準(zhǔn)確地建模從巨大到微小的物體。在粒子和波分解的地方，能量構(gòu)造塊的碎片保持牢固。該片段可能是單個(gè)潛在的通用構(gòu)建基塊，可從中對該塊進(jìn)行數(shù)學(xué)建模，并更新人們對宇宙構(gòu)建基塊的思考方式。