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聊点科学(2)——宇宙起源

聊点科学(2)——宇宙起源

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好像见过一个中文里嘲笑科学界的汉语词,叫,科学教,让我笑出来。科学和宗教的不同,我想是perspective的不同,简单来说,穿在科学的鞋里,看出去的世界是offen的,Alles möglich,有自己的理论,但是也能接受自己错,接受别人的更合理(也许)更接近事实。而宗教的态度呢,是封闭的,坚守一个字,我,我,我,只有我最对,最好,所有的存在都是为了证明,我。

不错,我这里用到的是宗教两个字,不过想特别强调一下的是,我无意抨击任何一种具体的宗教,只是用这两个字指代一种人生态度,处世哲学观。至于我自己,还是那句话,我尊重任何人选择的选择,我尊重你有认为自己对的权力。

这件事说起来很好玩,如果模型化一下,恰恰是到目前为止人们提出来的三种宇宙模型种的两种。

数学描述的话,三种模型最根本的差别是,曲率。

如果我们的宇宙模型是正曲率(图1),也就是球状,导出来的结果是,这个球,尽管是向外旋转扩张的,但同时也是回缩的,最后终究会回到一个点,即最初最初的Urknall(Big Bang),宇宙的起点,那也将是宇宙的终结。

第二种马鞍形模型,很容易看到它是没有边界的(unendlich),也就是会一直向外扩张,长,长,长,长,长。

第三种,平面模型,同属于无边无界。

问题来了,哪一个模型按我们已有的知识推断,最合理?

2000年4月出现的对Hintergrundstrahlung(background radiation)新的研究结果,终于可以回答这个问题。

上世界70年代,人们已经证实,我们的宇宙中,充满了有完全不同的internal structure微波辐射。也就是说,不同方向望的辐射波,强度也不同。将这些波通过波谱分离并投射成一张(颜色)图,然后对图上不同点的距离分析,得到的结果,是我们宇宙空间模型的曲率。

理论讲完(我也不爱讲这些,没兴趣的跳过去好了),结论是,我们生活在一个完全F-L-A-T的宇宙空间(如图三)。也就是说,我们的宇宙会无限扩张(unendlich Ausdehnen-infinitely expanding)。

Cosmic microwave backgrund radiation的发现,归功于Arno Allan Penzias和Robert Wilson两名物理学家,1964年。

那是另外一个科学界的传奇,说起来会很有趣,但是也很长,这里略过。Arno Penzias和Robert Wilson(两个美国人哦),连同Pyotr Kapitsa(俄),分了1978年的诺贝尔物理奖。

这个现象连同一起的理论,支持的是关于宇宙起源的Big Bang Theory,中文翻译成,大爆炸。具体来说,即宇宙的起源是一个点(Urknall),这个点很特殊,包含了时间和空间两个概念。

在这个点以前,既没有时间,也没有空间。那是什么?

什么都没有。

很抽象?我也同意啊。反正物理学界比较认可的观点是,我们到现在,能明白的只有5%。剩下的95%open(所以是出成绩的好机会哦)。

2015年9月14日,人们第一次直接观测到引力波,证明了黑洞系统可能有两种星体质量(star mass)。星体质量是天文学上一个专有名词,一般来说,用太阳的质量做单位,M会说,那颗星的质量是几个M

这是常见的度量Skalar的用法,总不能用人的体重,就算几百年前的也不怎么合适,比如说,几个一剑陶三没文化那么重?

那太不科学。

引力波存在的预言?当然是物理界的super star,100年前的爱因斯坦,这也是他的广义相对论论文的basic idea,广义相对论将引力解释为时空扭曲的结果。

引力波花了1,3billion光年,回到我们身边,是时空震荡的结果,是宇宙中的一次骤变产生的。同时,它也生成了距离的改变,1/1000的原子,

2015年9月,科学家观测到双黑洞在引力波场的碰撞,并最终合二为一。

另一派的理论来了。我们的宇宙,生于黑洞长于黑洞,甚至,我们现在也有可能是在黑洞中存在,我们的universum不是single Universum,而是multi-Universum,嗯,我们有很多neighbour Universium。

哦?!

这一派的掌门,叫Nikodem Poplawski,波兰人,生于1975年,他也被称为,新时代的爱因斯坦。

他(最广为人知)的猜想是,每一个黑洞,都是通往另一个世界的门。我们不过是在某一个黑洞里生活,Urknall?没有这件事,或者说,Urknall不过是一个黑洞的反弹。

Urknall理论的起源,也要退回到100年前,比利时人Georges Lemaitre(他拿到的,是1954年的诺贝尔物理奖),他的身份,除了天体物理学家,也是天主教牧师。1927年他观测到银河系的扩张,并通过计算证明了这一点。

结论收到同时代的爱因斯坦的嘲笑。爱因斯坦的原话是,您算的都对,但是,您的物理知识,实在是糟糕的很恐怖啊(Your calculations are correct, but your physics is atrocious)!

Lemaitre把他推算出的宇宙起源点称为,Primeval Atom,这也是the Big Bang Theory的真正起源。

爱因斯坦后来当然承认了自己的错误,对Lemaitre1933年在加州的报告之后带头鼓掌,评价是,This is the most beautiful and satisfactory explanation of creation to which I have ever listened。回忆这段经历,爱因斯坦说,这是我生命中最蠢驴得一件事。

嗯,敢错。敢认。

The Big Bang Theory最受质疑的一点是,什么叫“在此之前什么都没有”?什么是singularity(奇点)?这只蛋,到底是哪里生出来的?

Poplawski的理论是,我们的宇宙,产生于一个黑洞,它会聚集能量(物质),进一步生成一个超密度的种子(随时可能explodieren)的核,这颗种子处的时间空间如此变形以至于完全静止。

银河系和黑洞的关系是,共生。

寻找宇宙的源头,变成寻找宇宙中的黑洞。

黑洞很可怕?如同吸尘器,会把周边的东西吸进去?包括我们人类本身?

不是的。黑洞没有“吸”的能力。

简单来说,黑洞可以理解成占空间非常非常小的物质,含有非常非常大的质量,它的特点是,由于引力场的作用,不会有光,或者其他任何信息从黑洞中出来,所有靠近黑洞的物质,将会停留在那里。

黑洞理论也是爱因斯坦的广义相对论的一个推理。

爱因斯坦说,时空由于其中物质和引力场的存在,是可以弯曲的。如果再加其他的物质进来,将会造成这种弯曲下的波动。

而黑洞,由于其质量大到无穷,不仅会形成时空的弯曲,甚至真的会产生一个洞,而光,在试图穿透黑洞的引力场中会失去能量。

按照Poplawski的理论,宇宙中可以生成按大小不同的四类黑洞,从小到不可见,到大到以数十亿M计算。

按照原有的黑洞理论的数学模型,所有的物质将会收敛到一个点(极限),也就是宇宙诞生的奇点(singularity)。作为物理学家,Poplawski不同意的,恰恰是这个singularity的存在,也就是说,他不同意物理上能达到这个奇点。

他的观点是,由于物质在黑洞周围是旋转运动的,这种旋转产生与重力相反的力,它会阻止奇点的出现,换句话说,可以无限接近,但是永远不会达到奇点。

这个现象,被称为Torsion。这种讨论方式,是学数学和学物理经常互相嘲笑的一点,一派说,你看你看,我总能找到,不就是绣花针?另一派呢,(也许背着手)扯,你永远到不了我这个点。

而一个新的宇宙的出现,Poplawski说,不是因为达到那个奇点,是因为Torsion,差不多可以理解成从那个奇点周围再绕出去,爆发,形成一个新的universe。

如果Poplawski的理论是对的,那么,我们到目前为止,教科书上的理论,就是错的。

这没关系,物理界最前沿的理论,很多时候,5,6年要重新修正一下的。

科学可以自傲的,是够open。

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来源: 文学城-donau
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