驅動我們宇宙的基本自動化系統 – 機器人與自動化新聞

尼古拉·特斯拉 (Nikola Tesla) 曾說過，如果你想了解宇宙，就要「從能量、頻率和振動的角度思考」。

這句話對於像我這樣的普通人來說，並沒有真正解釋什麼。也許科學家能從中得出一些結論，但即使對於科學家來說，這樣的答案也不完整。事實上，我認為最大的問題仍然沒有答案。

例如，宇宙大爆炸之前發生了什麼？這個問題自宇宙大爆炸理論提出以來就一直存在，該理論認為宇宙在約138億年前爆炸而成。

有科學家可能會認為，問宇宙大爆炸之前發生了什麼是沒有意義的，因為那時沒有時間和空間。這個論點對科學家來說或許有道理，但我並不完全被說服。

尤其是現在，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡 (James Webb Telescope) 發現了一些估計比138億年還要古老的完全形成的星系，許多科學家不得不重新思考他們對宇宙年齡的估算。

順便提一下，宇宙大爆炸理論（科學理論，而不是電視劇）最早是由比利時宇宙學家和天主教神父喬治·勒梅特 (Georges Lemaître) 在1931年提出的，而不是我之前以為的史蒂芬·霍金 (Stephen Hawking)。每天都能學到新東西。

宇宙有267億年嗎？

一位科學家拉詹德拉·古普塔 (Rajendra Gupta)，渥太華大學的兼任教授，表示他計算出宇宙的年齡超過267億年。

我們對宇宙的年齡或如何計算它一無所知，但138億年對於這一切的發生來說似乎太短了。而且，我們觀察到的唯一智慧生命——或者任何形式的生命——能存在，這是一個驚人的奇蹟。

不過，這些都超出了本文的範疇——我們只是想問幾位科學家一個尷尬的問題：宇宙的基本自動化系統是什麼？

很少有科學家會公開發表任何超出已知著名科學家理論的觀點，但我們成功地將收到的回應整理成至少一個簡要的概述，說明他們目前所知道的。

現實的事情：你能感受到力量嗎？

在為這個網站構思文章主題時，我們意識到宇宙對我們來說常常呈現出一個龐大的自動化系統。星星在遙遠的天空中旋轉，行星沿著有序的軌道運行，物體以看不見的節奏振動，能量以無數形式流動。

撇開宗教不談，我們注意到，幾個世紀以來，科學家和哲學家一直試圖解釋指導這些宇宙模式的原則。現代科學提供了強有力的理論，幫助我們理解世界為什麼會這樣運作。

但是，雖然解釋層出不窮，似乎沒有人發現驅動這一切自動化的基本力量。唯一的嘗試——也是最被廣泛接受的——就是宇宙大爆炸理論。

在接下來的部分中，我們將探討宇宙基本力量的最確立的想法、能量的本質，以及頻率和振動在塑造我們所經歷的現實中所扮演的角色。我們的目標是為像我們這樣的非科學家總結這些概念，並且對於那些對自動化系統感興趣的人，當然還有宇宙本身。

答案是42

自然界的四種基本力量

到目前為止，科學家已經發現了「四種基本自然力量」。這個概念經過幾百年的發展，從艾薩克·牛頓 (Isaac Newton) 對重力的解釋開始，到20世紀發現的弱核力。

根據科學，宇宙中的幾乎每一個事件，從蘋果輕輕落下到星系旋轉，都可以追溯到這四種基本力量。這些力量設定了物質和能量在每個尺度上互動的規則。

1. 重力

重力首次由牛頓在1687年描述，據說是因為一顆從樹上掉下來的蘋果砸到了他的頭。重力是讓行星圍繞恆星運行並將我們牢牢固定在地面上的力量。

阿爾伯特·愛因斯坦 (Albert Einstein) 在他的廣義相對論中擴展了牛頓的工作，解釋重力不僅僅是一種看不見的吸引力；它是質量和能量如何扭曲時空結構的結果。

根據愛因斯坦的說法，物體的質量越大，它周圍的時空就彎曲得越多，指導其他物體的運動路徑。這種彎曲使地球圍繞太陽運行，造成白天和黑夜、四季變化以及天體運動的節奏。

2. 電磁力

詹姆斯·克拉克·麥克斯韋 (James Clerk Maxwell) 在19世紀首次解釋了電磁力。雖然它適用於所有大小的物體，但在小尺度上，電磁力是光、電和磁的背後力量。

電磁力被認為是控制帶電粒子互動的力量，根據它們的電荷吸引或排斥。

這種力量還解釋了為什麼原子能夠保持在一起：帶負電的電子圍繞帶正電的原子核運行，形成物質的結構。

電磁互動產生光、無線電波和全光譜的電磁輻射，使能量能夠穿越空曠的空間，從普通人的角度來看，這也許是最有趣的力量。

3. 強核力

強核力聽起來有點可怕，但它存在於原子核內，是一種強大的粘合劑，將質子和中子緊緊地粘在一起，儘管它們因為帶正電而自然會相互排斥。

這就是強核力。它非常強大，但作用範圍非常短，只在微小的距離內起作用。沒有它，原子核會四分五裂，使穩定的原子——以及我們所知的所有物質——變得不可能。

是由湯川秀樹 (Hideki Yukawa) 在1935年首次提出強核力的。但到那時，科學已經變成一種越來越協作的活動，發現往往是團隊共同完成的。

4. 弱核力

弱核力的定義歸功於恩里科·費米 (Enrico Fermi)，它允許某些粒子轉變為其他粒子，使得像放射性衰變這樣的過程得以實現。

它幫助恆星通過核融合產生能量，將氫轉變為氦，釋放出照亮宇宙的巨大能量。

我喜歡宇宙的運動方式

牛頓的運動定律和能量轉移

我們創建RoboticsAndAutomationNews.com的原因之一是因為我們喜歡機器人的運動方式——精確、迅速，雖然與人類和動物的運動方式完全不同，但在需要高水平協調運動的活動中，如某些運動、舞蹈等，原則上是相似的。

而當我們將機器人與宇宙中的運動進行比較時，只有古典科學提供了一種描述直線的相似性。其他一切自那以後都是混亂和隨機的。

在愛因斯坦的相對論觀點之前，艾薩克·牛頓的定律構成了理解大大小小物體運動的基石。牛頓說，物體在沒有外力作用下會沿直線運動。行星的軌道和旋轉的星星是由氣體雲在重力作用下崩潰而成的。

此外，角動量守恆原則規定，當一團塵埃和氣體收縮形成恆星或行星時，它會旋轉得更快——就像花樣滑冰者收回手臂一樣——這導致了我們在太空中看到的旋轉天體。

我一直在說，我不是科學家，但牛頓的直線概念——就像蘋果從樹上直線掉下來一樣——在不考慮其他因素的情況下似乎在小尺度上是成立的——例如樹所在的行星的運動。

是的，測量必須非常微小才能觀察到任何偏離直線的情況，但根據後來的科學家說，這顆蘋果甚至不存在，除非牛頓觀察到它。真是令人困惑。這聽起來瘋狂，但厄爾溫·薛丁格 (Erwin Schrödinger) 和其他人都說這是真的。

你是說所有能量都來自宇宙大爆炸嗎？

能量：形式和轉化

能量通常被定義為做功或引起變化的能力。雖然這個定義有點抽象，但它強調了一個關鍵觀點：能量可以有多種形狀。

它可以儲存為重力勢能（例如水壩後面的水）、以動能的形式移動物體（例如飛行中的棒球），或以熱能（熱量）和電磁輻射（光）的形式出現。

關鍵是，能量既不會被創造也不會被摧毀。根據熱力學第一定律，它只是改變形式。例如，太陽的能量來自其核心的核融合，氫原子融合成氦，釋放出大量的熱和光能。

植物捕獲了這些陽光的一部分作為化學能，而當我們吃這些植物時，這些能量為我們的身體提供能量。這一連串的轉化將最小的生物與最大的恆星聯繫在一起。

這意味著宇宙已經擁有了所有將來會存在和曾經存在的能量。這似乎有點難以相信，但許多其他科學理論也是如此。

終極工程機器

頻率、振動和特斯拉的觀點

尼古拉·特斯拉 (Nikola Tesla)，一位在電氣工程和理論思維方面的先驅，曾經說過：「如果你想找到宇宙的秘密，就要從能量、頻率和振動的角度思考。」他的話指向了一個深刻的真理：宇宙充滿了振盪和節奏。

什麼是頻率？

頻率，簡單來說，就是某事在一定時間內重複的次數。這可以是波浪上下振蕩、擺錘前後擺動，或電子在原子中能量狀態之間的轉變。

頻率不僅是重複的度量，還是定義許多物理系統行為的關鍵特性。

波和振動

我們所感知的許多事物——聲音、光，甚至陽光的溫暖——都可以被描述為波。波有峰和谷，這些峰和谷不斷通過某一點，賦予它們頻率。

對於聲音來說，頻率決定音調：高頻振動被感知為高音，而低頻則對應於低音。對於光來說，頻率決定其顏色：紅光的頻率低於藍光。

在量子場上遊玩

在量子層面上，粒子被描述為具有波動特性，每個粒子都有與其能量狀態相關的特徵頻率。原子中的電子佔據的能量水平可以被視為駐波。

當電子在這些能量水平之間移動時，它要麼吸收能量，要麼以光子（具有自身特徵頻率的電磁能量包）形式發射能量。因此，頻率和能量是密切相關的：光子的頻率越高，它的能量就越大。

用普通人的術語來解釋這些事情可能很困難，但在我看來，人眼——如果沒有更好的觀察系統——就像一台相機，當它拍攝看似波的東西時，會在我們的視網膜上顯示出來——相當於膠卷——作為粒子。

這讓我想知道宇宙的幀率和現實的定格動畫性質。我也想知道，如果用世界上最快的相機拍攝這些波，它們會是什麼樣子——這台相機的幀率為每秒156萬億幀。

直到2018年，電子的形狀才被聲稱為「完美的球形」，而在今年早些時候，發現光子呈現出許多有趣的形狀，類似於通過音波學產生的形狀。但這又是另一篇文章的內容。

宇宙模式

從行星的軌道運動到分子的振動，再到電磁場的振盪，頻率可以被認為是一個統一的概念。

頻率描述了系統如何快速地改變狀態、轉移能量和傳遞信息。通過專注於頻率，我們揭示了自然看似複雜系統的基本模式。

特斯拉的建議是「從能量、頻率和振動的角度思考」，鼓勵我們超越靜態物體，認識到真正主導宇宙的動態過程。

工作中的扳手

量子力學和微小事物的本質

正如我之前所提到的，當我們超越地球的尺度——無論是進入微小的原子和粒子，還是向外看我們的太陽系及更遠的地方，古典規則往往會崩潰。

量子力學告訴我們，像電子和光子這樣的粒子具有雙重性質：有時像粒子，有時像波。

這種波動性質引入了概率的概念——或者至少這是科學家們試圖解決模糊性的方式。量子理論並不提供粒子確切位置的知識，而只是提供在特定位置找到它的概率。

量子層面的振動

原子因量子規則而振動，儘管還沒有人解釋這些規則是誰制定的，但量子力學在描述像原子和分子這樣的小粒子的振動運動方面被發現比古典物理學更準確。

這些振動決定了材料的熱能。當你感到溫暖時，你感受到的是原子和分子的振動將能量轉移到你的皮膚上。

在非常低的溫度下，這些振動會減慢，但它們永遠不會完全停止，這表明零能量狀態是無法達到的，這被認為是量子法則的結果。

法則與秩序

熱力學、熵和能量流動

熱力學處理熱、工作和能量的流動。熱力學第二定律指出，熵——通常被描述為無序——傾向於增加。隨著時間的推移，能量的差異變得不那麼明顯：熱的東西會冷卻，集中形式的能量會擴散。

雖然宇宙在大爆炸後可能以更有序、低熵的狀態開始，但它隨著擴展而演變為更大的複雜性，但整體熵也在增加。

這種方向性是熱力學內在的，解釋了為什麼某些過程是不可逆的。你不能「將奶油從咖啡中分開」或「將火箭中的燃料重新點燃」。隨著能量的擴散和系統的演變，宇宙的宏大敘事展開。

標準是相對的

標準模型和相對論

為了試圖使我們的理解更具一致性，物理學家們發展了粒子物理的標準模型，對基本粒子進行分類，並概述了這些力量在微小尺度上的相互作用。

同時，愛因斯坦的特殊和廣義相對論則支配著大尺度結構。特殊相對論顯示質量和能量是可以互換的（E = mc²），而廣義相對論則解釋了質量和能量如何彎曲時空。

這些理論與量子力學一起，構成了我們當前對宇宙的理解基礎。

宇宙大爆炸解釋了一切

退一步說，宇宙學問我們如何將這些片段拼湊在一起。宇宙大爆炸理論認為，宇宙開始於一個具有巨大能量的奇點，經過數十億年的擴張和冷卻。

恆星、星系，最終是行星——也許還有生命的形成——都是由基本力量的相互作用、能量的流動，以及定義物質和輻射特性的頻率和振動的微妙變化所引導的。

暗物質和暗能量，儘管尚未完全理解，但在解釋宇宙的結構和加速擴張中至關重要。

完美的和諧

從原子粒子的舞蹈到星系的運行，宇宙的行為源於少數幾個基本原則和力量。

重力塑造了大尺度結構；電磁力照亮了道路；強核力和弱核力塑造了物質的穩定性。

熱力學和量子力學解釋了能量如何變化形式，以及振動如何在一切中回響。

而在這幅掛毯中，頻率是重複的模式，是創造的脈動。

正如特斯拉所暗示的，從能量、頻率和振動的角度思考揭示了指導我們世界的隱藏和諧，幫助我們將宇宙視為力量、波和能量的持續動態互動。