物理學允許出現無窮大嗎?
在物理中,無窮大是存在的。
在量子物理中,就存在著無窮大。比如,一個加速的電荷,發出和吸收的光子數目就是無窮大的。一個探測器,只能探測到有限個光子,而剩餘(無窮多)的光子的能量太低而無法被探測。但它們確實是存在的。如果你不斷增加探測器的靈敏度,它吸收的光子數目會趨於無窮大。
如果你不懂量子場論,以上就是解答了。
如果你了解量子場論中的紅外發散,你會更加理解這些無窮大。當一個物質場可以發射出無質量的粒子時,就會出現紅外發散。在物理中處理紅外發散的方法是,積分時允許無質量的粒子擁有一個很小的但是有限的質量mu(這種處理方法叫做正規化)。積分出的可能發散的量會和另外一個會發散的量(來自另外的費曼圖)抵消。
注意一點,紅外問題在量子力學出現之前,經典物理已經存在了。在長程的庫侖場中,我們已經有了發散的效應。如果我們計算一個被靜電場加速的粒子產生的輻射場,我們用經典的理論仍然會得到無窮大。你計算出韌致輻射的能量,除以k0得到的光子的數目,當輻射的光子動量趨於零時,就趨於無窮。注意,經典理論中無窮大表現在光子數目,而不是能量。
量子場論中計算總是會出現無窮大,這些無窮大的問題困擾了物理學家幾十年,經過幾代物理學家的努力才用重整化理論解決了這些困難。儘管理論計算是非常複雜的(要算圈圖~~),但是結果卻非常簡單,很多無窮大都被吸收到重新定義的物理常數中了。而且,計算的結果也是和實驗驚人的相符!
參考:
Kaku, Michio (1993). Quantum Field Theory: A Modern Introduction. New York: Oxford University , 頁碼 177-184
題主問的是物理理論里還是現實中?
物理學允不允許和自然界存不存在是兩回事。
這裡其實是一個很微妙的問題,我們在物理中所遇到的無窮大,到底是數學上的,還是自然本身就是如此。主流的觀念傾向前者,所以才會出現消除無窮大的各種重整化技巧,所有的一切都是為了還原一個有限的物理量,從而使得觀測具有意義。可觀測性,即自然的實在性,是物理的根本,從這一角度來看,物理是不允許無窮大的。
然而無窮大,在物理的一些領域,仍然是一個進行時的課題,比如宇宙學。目前主流的標準模型預言,我們的宇宙存在一個開端,在這一時刻,宇宙的尺度因子是零,所有的物質高度融合在一起,其能量密度趨於無窮,這一個時刻就是眾所周知的 Big Bang,它是零類奇點。同樣屬於零類奇點的還有 Big Crunch,它是宇宙眾多歸宿中的一種,在這一點,宇宙的尺度因子同樣是零,並且物質的能量密度也趨於無窮。
除了這兩類最常見的奇點外,由於近代暗能量的研究,宇宙學中還衍生出很多其它類的奇點。
一類奇點:這一奇點也被稱為 Big Rip,它出現在 phantom 暗能量模型中(狀態方程參數小於負一),發生在宇宙演化進程中的某個未來時刻。在這一點,宇宙因子、哈勃變數、能量密度、物質壓強均趨於無窮,然而狀態方程可以是有限的。
二類奇點:這也是一個有限時刻的奇點,在這時刻,宇宙因子不是發散的,哈勃變數也不是,因此能量密度便是有限的,發散的量是宇宙因子的二階導數,所以物質壓強便是發散的。Big Brake 就屬於這類奇點,它出現在 anti-Chaplygin gas 暗能量模型中,在這裡狀態方程不再是線性了,而是反線性的。
三類奇點:三類奇點中,除了宇宙因子有限,其它的物理量(哈勃變數,能量密度,壓強)均要發散。
四類奇點:這類奇點也被稱為 Big Separation,在此時刻,宇宙因子有限,而能量密度和壓強為零,唯一發散的幾何量是哈勃變數的高階導數。同時,這類奇點跟 Big Brake 一樣是軟奇點,軟這裡指的是度規及其一次導不發散,所以克里斯多費爾符號不發散,因此一個經典粒子的動力學方程(測地線方程)定義良好。
五類奇點:五類奇點類似第四類奇點,在此處,壓強和能量密度為零,但是哈勃變數的高階導不發散,發散的是狀態方程參數。
宇宙學中的這六類奇點均是經典範疇的無窮大,雖然在奇點處出現各式各樣的發散,但是對於軟奇點,粒子的動力學方程並沒有失效,所以我們也不能說,在奇點處所有的物理原理要失效。從這個角度看,物理學又是允許無窮大的。
我還是單獨寫一個回答吧。
我認為物理學裡面是不允許無窮大的。因為物理是描述客觀存在的科學,而客觀存在是沒有無窮大的。如果一個物理理論中存在無窮大,那麼只能說它是不完備的,需要進一步改進。
如果我們為了解釋某些現象提出一個包含無窮大的理論,那如何消除這個無窮大是一項必要的工作,無論是重整化還是超對稱,都是基於這個目的:我們不願意放棄這個很好的理論,但是要消除其中的無窮大。
物理學中允許有無窮大,但這些無窮大不允許有觀測效應
素數里可以找到任意長的等差數列,但不存在無窮長的等差數列
我覺得這麼回答比較好,物理里可以存在任意大的量,但不會測量到無窮大的量物體光速運動的p
黑洞時空曲率為無窮大?
很簡單,從宇宙的膨脹來理解,也可以說是無窮大,然後因為膨脹的緣故引起熱力學第二定律的不斷趨於最大,也可以理解為無窮大的吧
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