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1 # 天文線上
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2 # 科學剃刀
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NO.1 為什麼會存在時間之箭熱力學第二定律即熵增定律賦予了時間以方向,如果把宇宙看作是一個孤立的系統,那麼宇宙的時間總是向著熵增的方向前進,如同打碎的玻璃杯無法被複原,海邊的沙堡會被沖刷回沙子。
問題是,宇宙為什麼會有以及如何產生了一個熵值極小的開端,換句話說:為什麼宇宙誕生之初就是一個美麗的沙堡呢?
NO.2 測量如何使波函式塌縮?這是量子力學的核心問題,波函式描述了微觀粒子的位置、動量、能量、自旋、同位旋等屬性隨時間演化的關係,在這個系統中,粒子會處於多個類似確定狀態的疊加狀態,比如薛定諤的貓中既生又死、非生非死的貓,又比如單電子雙縫干涉實驗中那個在某一時刻同時以各種路徑穿過2道縫隙的電子,在未進行測量前,這種機率分佈的狀態,其每一種都傾向於真實的存在。
但測量後,粒子的波函式就塌縮了,從疊加態變為本徵態,對於為什麼測量會導致塌縮,產生了很多的解釋,諸如機率解釋、退相干、多世界假說,但清晰的影象還有待科學理論與實驗的進一步發展。這個謎題的答案可能會是我們理解什麼是現實,或者是否真的存在現實這些問題的“鑰匙”。
NO.3 弦理論是否正確?弦理論的建立者為美國著名物理學家邁克爾·格林,目前他接替英國著名科學家史蒂芬·威廉·霍金的位置,接任了世上最為馳名的學術職位——“盧卡斯數學講席教授”。
弦理論認為,宇宙間的萬事萬物都由一條極小的開放或閉合的弦構成,“弦與點最大的區別,就是它能夠振動,不同模式的振動,可以看成不同型別的基本粒子。
在追求統一理論的過程中,引力一直是一個難點,因為它被證明在統一的過程中,無法透過重整化的數學手段來消除產生的無窮大問題,也就是說,目前,廣義相對論和量子力學有著各自統轄的區域,而弦理論被認為是一座橋樑,弦理論設想了其中的一種振動狀態會產生引力子,因此,弦理論也被認為是量子引力理論。
雖然弦理論被認為是很有潛力的統一理論,但尚未實驗觀測到理論框架中的任何要素,首先這些弦太小了,從未有人看到過什麼物質有一點點像弦。另外,弦理論僅僅在擁有 10 維或 11 維的宇宙中才起作用,這樣的宇宙包含有三個大的空間維度、6 個或者 7 個緊湊的空間維度以及一個時間維度。然而,這種緊湊的空間維度以及不斷波動的弦本身的大小僅為普朗克尺度大小(10的-35次方米)。目前,沒有辦法來探測這麼微小的事物,所以,也沒有可知的方式來透過實驗證實或者證偽弦理論。
如果弦理論是正確的,那麼弦將成為宇宙中最小的物體。問題是一旦我們能夠探索到這麼小的尺度,那我們固有的關於小和大的概念,也許會完全顛倒過來。“當你探測到弦這麼小的尺度,整個宇宙就盡在你的掌控之中,因為宇宙也是從這樣的大小開始,演化成我們今天所看到的樣子。所以這個你認為是最小的部分,可能實際上包含了萬事萬物。你可以說它是宇宙中最小的物質,也可以放心大膽地說,它就是整個宇宙。”
NO.4 多重宇宙與平行宇宙量子力學法則指出,粒子可能的組合的數量是有限的(共有 10 的 10次方的 122 次方)。而天體物理學的資料表明,宇宙時空可能是“平直”的,而非彎曲的,因此,它會永遠延伸下去。
據此,如果我們的宇宙是無限大的,那麼其間必然會重複出現相同的粒子組合——不斷重複無數次。這就意味著,存在著無限多的重複組合,這便是平行宇宙的版本1。
在“薛定諤的貓”和“單電子雙縫干涉實驗”中,用來解釋貓的非生非死、用來解釋電子以無數個路徑透過2條狹縫的疊加狀態為什麼在測量後就會消失時,除了波函式塌縮解釋,還有另一種另人震驚的解釋,即每一種可能的狀態都發生了並繼續影響著一切,而只有一種結果被我們這個宇宙所觀測到,這種解釋首先由埃弗裡特(Everett)提出,被稱為多世界假說,也算是平行宇宙的版本2。
而根據現代物理學,我們的宇宙可產生於無,我們的宇宙可能是一個巨大的量子漲落,其總能量非常接近於0,而這種量子引力效應占據主導地位的創生時刻,可能會產生無數個量子漲落,對應著無數個泡泡宇宙,不同的泡泡宇宙可能對應不同的物理法則。這被稱為多元宇宙。
現代物理實驗已經能計算出宇宙在1000億億億度狀態時的狀態,這個溫度對應著宇宙大爆炸約10億億億億分之一秒的時間點,傾向於支援宇宙隨著真空中的量子紊動怦然而出,但不同宇宙間的相互影響或存在的證據至今仍未被實驗觀測到。
NO.5 暗物質和暗能量宇宙中大約 84%的物質既不吸收光也不釋放光。“人如其名”,這種“暗物質”無法被直接觀察到,因為它們不帶電,僅與可見物質發生微弱的引力影響(可能也發生弱相互作用力影響),它們對於維繫大尺度旋轉天體的穩定發揮了重要的作用,對於其探測,WIMP弱相互作用力大質量粒子和軸子axion是有希望的候選者,但迄今為止科學家們也沒有透過直接或間接的手段探測到其“蹤跡”。
暗能量就更“神”了,因為連用什麼方法探測它們都是個問題,它們佔據了宇宙總質能的70%,科學家們對遙遠的超新星進行的觀察表明宇宙正在加速膨脹,而這種效應則是由暗能量造成的,目前,最為人所接受的暗能量模型中,暗能量是一個“宇宙常數”,是宇宙空間本身固有的屬性,其會對空間施加“負壓力”,將空間撕開。不斷膨脹的宇宙會製造出更多空間,這些空間也會擁有更多的暗能量。這種正反饋效應將導致我們的宇宙最終會“大撕裂”。
NO.6 為什麼物質最終戰勝了反物質為什麼宇宙中物質的數量比與其電荷相反、自旋方向相反的“雙胞胎”——反物質的數量多?
這一問題也可以理解成,為什麼萬事萬物會存在?一種假定認為,早期宇宙中的能量應當混合生成了數量相等的物質和反物質,它們隨後本來應該彼此湮滅的:質子會同反質子相互抵消;電子和反電子(正電子)、中子和反中子相互抵消等等,結果就是,在一個無質量的“蒼天”裡,只留下一片光子的海洋。
但事實卻是,某種神秘而非常有用的機理讓天平向物質一方傾斜,留下了足夠多的物質,從而形成了我們現在看到的佈滿恆星的星系、宇宙以及我和你。除此之外沒有其他可以接受的解釋。
為什麼物質佔據了上風,最起碼從地球看出去是這樣的,這種不對稱性的確切機制仍未得到解決,其必要條件之一是宇稱不守恆,這個已經在弱相互作用力中被實驗觀察到了,提出者便是楊振寧和李政道。
NO.7 為什麼宇宙這麼大卻沒看到外星人這個問題被稱為費米悖論?費米悖論指的是外星生命的高可能性與明顯缺乏此類生命存在的證據之間的矛盾。
宇宙真的很大。喜歡,真的很大。在宏偉的計劃中,人類只是小魚苗。但是,我們目前似乎是唯一參加聚會的人。
現在,我們已經確定了極少數可能適合居住的“類地球”行星,但是我們仍然沒有從“那裡”看到任何智慧生活的跡象。那麼,為什麼無線電保持沉默?有許多理論,從智慧生命異常稀少或短暫的可能性到外來物種有意避免檢測的概念。
NO.8 黑洞黑洞,可以說是宇宙中一個極特殊的存在,儘管我們對黑洞的研究和了解已經很多,我們探測到了引力波,我們有了第一張真實的黑洞寫真,但關於黑洞,我們仍知之甚少。
霍金提出了宇宙會蒸發,被稱為霍金輻射,為了避免黑洞吞噬一切並蒸發而造成的資訊丟失問題,產生了有關黑洞會留下殘留物、黑洞會在某一時刻停止蒸發的調和理論。所有這一切,都還沒有任何的觀測證據。
特別是黑洞存在的奇點,可能量子引力理論能加以解釋,它通常被應用於引力效應和量子效應都超強的地方,比如黑洞。但目前這樣的理論也沒有得到實驗的驗證。
有人將黑洞與白洞、蟲洞、多元宇宙聯絡在了一起,但目前也僅限於理論猜測。
結語再者,我們需要將目光投向太空,我們需要看的更遠,看得更細、更需要邁入深空,去尋找更多的證據,人類自誕生到取得今天的文明成就不過是彈指一瞬,未來,去解決這些未解之謎,應當充滿信心,只是你我。。。。。。能將自己的意識上傳或化為純能量生命去守望嗎?珍惜當下吧!!!
參考文獻:
1、《虛空》,弗蘭克.克洛斯
2、百度、維基
3、Science and Technology Facilities Council官網
4、iflscience官網等
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3 # 代華的時間軸
這是個關於問題的問題,問題是無窮盡的。我們所知和可做出回答的問題非常有限;我們已經提出但無法回答的問題卻非常多;同時我們的無知和侷限,導致我們有無數的問題連提出的前提條件都沒有,連可能的問題都無從提出。
因此不要說有多少問題需要回答,我們需要回答的是我們什麼時候才能提出問題,提出無窮的正確問題。
但是,宇宙的本源出處應該是一個,無論何時,我們盡力理清宇宙的本源,再從基源逐個追溯問題,提出問題,我們會逐漸逼近全部的問題與回答!
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現在我就可以想到兩件大多數人可能不知道的事情。“宇宙社群”中有一些成員很難在報紙或其他媒體上露面。其中之一就是脈衝星。
脈衝星並不是真正意義上的恆星——它們屬於中子星家族,當一顆比太陽質量大得多的恆星在其核心耗盡燃料並自我坍縮時,中子星就會形成。這樣的恆星死亡會產生超新星,而中子星就是這顆死亡恆星的核心的殘餘。由於極端的重力作用,電子和質子聚變形成中子。中子星的大小相當小——直徑不超過20或30公里,但其質量最大可達太陽質量的3倍。這使得它的密度如此之大,一茶匙來自中子星的物質可能重達100萬噸。據估計,中子星表面的引力大約比地球表面的引力強10億倍。這令人難以置信!*(如果質量超過太陽3倍,就會坍縮成黑洞奇點)
其中一些中子星繞其自轉軸旋轉,速度非常快。這些就是“脈衝星”——一種高度磁化的旋轉的中子星,它會發出一束光,由於旋轉的緣故,從地球上看就像是光脈衝——因此稱為“脈動星”或脈衝星。
脈衝的速率告訴天文學家自轉速度。到目前為止,在發現的大約2000顆脈衝星中,已經發現了超過200顆每秒旋轉數百次的脈衝星。這些脈衝星被稱為毫秒脈衝星,被命名為XTE J1739-285的脈衝星似乎保持著最快自轉速度的記錄,為每秒11112轉——或者脈衝頻率為1112 赫茲(每個脈衝0.8913毫秒)。據估計,這顆脈衝星直徑約11公里,質量是太陽的1.50倍,距離蛇夫座39000光年。這個天體赤道的表面將以相對論速度運動!
另一個未解之謎是:在實際上“什麼都沒有”的空間中也有“空隙”。什麼都沒有。沒有一般的物質或暗物質。射電天文學家發現了宇宙中最大的空洞或空隙。這個直徑近10億光年的空洞既沒有一般的物質、也沒有暗物質。
天文學家們關注的是他們能“看到”的東西——比如恆星、行星、小行星、彗星、星系等等。然而,研究人員發現,宇宙主要是由被稱為宇宙空洞的相對空曠的巨大區域組成的,而星系大多分散在這些空洞的邊界上,形成了一張巨大的宇宙網。
大多數被發現的空洞實際上並不是完全“空”的——它們確實包含星系,但與周圍區域相比要少得多。空洞在宇宙微波背景中顯示為一個‘冷點’,因為這種空洞的重力場的變化導致該宇宙輻射的溫度稍微下降。但那個冷點也必須與一個沒有星系的區域相關聯,這需要進行深入、大範圍的調查。