物理規律普遍適用於整個宇宙嗎?
物理學講究求真務實,沒有一點依據的話,物理學家們自然是不屑說的。那麼這個問題就變成了:對於極其遙遠的太空深處,我們能否找到,當前我們的物理定律依然成立的證據?
答案是肯定的。我們的望遠鏡已經可以看到上百億光年外的宇宙景象,無盡的天體執行在無垠太空中,其中絕大部分,其執行規律都服從著我們已經發現的定律。
小到原子:即使是百億光年外的星辰,其光譜譜線,在經過紅移校正後,依然和地球上的原子的譜線是一致的。
圖中,彩虹色的光譜上,那一條條黑色的線基本上就是恆星的原子光譜譜線。當光照射在原子上,如果能量合適,就可以把原子激發到高能態。這個過程中,原子吸收了這個光子。而如果這種原子有很多,就可以在恆星的光譜上“打一個洞”,如上圖黑線所示。每一種原子,都有其獨特的一系列光譜線。宇宙學上,我們也經常用恆星的光譜來判斷其元素構成。而這一譜線,和原子的結構密切相關。
量子力學發展伊始,我們就已經可以用量子力學手段來解釋、預測原子光譜。課令人驚訝的是,即使是百億光年外的星球,其光譜的譜線,在經過紅移的校正之後,依然可以和在地球上觀察到的原子光譜的譜線,嚴絲合縫!也就是說,地球上的原子,和百億光年外,恆星的氣體環境中的原子,是一模一樣的!
大到星系:廣義相對論可以完美預測百億光年外的星球在透過引力透鏡觀測時的像。
廣義相對論指出,引力的本質是空間的彎曲,而光也會隨著空間的彎曲而彎折。這也就意味著,足夠大質量的天體或天體群,可以像一個巨大的透鏡一樣,讓光線匯聚在地球上,方便我們觀測天體群之後的天體。
星系團MACS J1149+2223,距地球有50億光年,就是我們找到的最早的“引力透鏡”之一。2013年11月11日,透過這個遠在50億光年之外的引力透鏡,天文學家觀測到了4個同時閃爍的超新星的像。經過分析,科學家判斷,這四個超新星的像應該屬於同一個超新星。
利用天文觀測的資料,科學家開始分析星系團的結構,並大膽地做出預言:這個超新星的像,將於2015年11月到2016年1月之間,再次出現!同時,還給出了超新星的像出現的位置。
2015年12月11日,超新星如約而至!位置恰好在預測範圍內!
超新星距我們有上百億光年,他發出的光在宇宙中穿行了近百億年才來到地球,然而我們卻可以以用少得可憐的資料,精準得推算出這星光抵達地球的時間,誤差只有不到一個月!千億分之一級別的相對誤差!
有這麼多來自遙遠星球的證據,我們其實已經可以大膽的預設,我們在地球上找到的規律,在宇宙中的絕大多數地方都是適用的。少數地方,比如黑洞,我們還需要更進一步的理論,但終有一日,我們人類會離真理更進一步的~
物理規律普遍適用於整個宇宙嗎?
物理學講究求真務實,沒有一點依據的話,物理學家們自然是不屑說的。那麼這個問題就變成了:對於極其遙遠的太空深處,我們能否找到,當前我們的物理定律依然成立的證據?
答案是肯定的。我們的望遠鏡已經可以看到上百億光年外的宇宙景象,無盡的天體執行在無垠太空中,其中絕大部分,其執行規律都服從著我們已經發現的定律。
小到原子:即使是百億光年外的星辰,其光譜譜線,在經過紅移校正後,依然和地球上的原子的譜線是一致的。
圖中,彩虹色的光譜上,那一條條黑色的線基本上就是恆星的原子光譜譜線。當光照射在原子上,如果能量合適,就可以把原子激發到高能態。這個過程中,原子吸收了這個光子。而如果這種原子有很多,就可以在恆星的光譜上“打一個洞”,如上圖黑線所示。每一種原子,都有其獨特的一系列光譜線。宇宙學上,我們也經常用恆星的光譜來判斷其元素構成。而這一譜線,和原子的結構密切相關。
量子力學發展伊始,我們就已經可以用量子力學手段來解釋、預測原子光譜。課令人驚訝的是,即使是百億光年外的星球,其光譜的譜線,在經過紅移的校正之後,依然可以和在地球上觀察到的原子光譜的譜線,嚴絲合縫!也就是說,地球上的原子,和百億光年外,恆星的氣體環境中的原子,是一模一樣的!
大到星系:廣義相對論可以完美預測百億光年外的星球在透過引力透鏡觀測時的像。
廣義相對論指出,引力的本質是空間的彎曲,而光也會隨著空間的彎曲而彎折。這也就意味著,足夠大質量的天體或天體群,可以像一個巨大的透鏡一樣,讓光線匯聚在地球上,方便我們觀測天體群之後的天體。
星系團MACS J1149+2223,距地球有50億光年,就是我們找到的最早的“引力透鏡”之一。2013年11月11日,透過這個遠在50億光年之外的引力透鏡,天文學家觀測到了4個同時閃爍的超新星的像。經過分析,科學家判斷,這四個超新星的像應該屬於同一個超新星。
利用天文觀測的資料,科學家開始分析星系團的結構,並大膽地做出預言:這個超新星的像,將於2015年11月到2016年1月之間,再次出現!同時,還給出了超新星的像出現的位置。
2015年12月11日,超新星如約而至!位置恰好在預測範圍內!
超新星距我們有上百億光年,他發出的光在宇宙中穿行了近百億年才來到地球,然而我們卻可以以用少得可憐的資料,精準得推算出這星光抵達地球的時間,誤差只有不到一個月!千億分之一級別的相對誤差!
有這麼多來自遙遠星球的證據,我們其實已經可以大膽的預設,我們在地球上找到的規律,在宇宙中的絕大多數地方都是適用的。少數地方,比如黑洞,我們還需要更進一步的理論,但終有一日,我們人類會離真理更進一步的~