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澳门新葡8455手机版:13亿中国人竟然找不到11个世

日期:2019-12-05编辑作者:澳门新葡8455手机版

估计有很多读者都不了解暗能量,没关系,先来科普一下。

拉普拉斯根据牛顿的万有引力理论,推测黑洞是存在的。拉普拉斯的黑洞很好理解,我们知道,在地球表面发射火箭,如果初始速度不够大,不论火箭飞多远,最终还会落回到地球上。如果速度再大一点,例如超过7.9千米每秒,火箭就会越飞越远,永远逃离地球。对于宇宙中的每个质量点而言,都可以计算逃逸速度,质量越大,距离质量中心的距离越近,逃逸速度就越大。如果我们将地球的质量压缩到一个更小的球体中,地球表面的逃逸速度就会增大,因为万有引力变强了。拉普拉斯发现,如果这个质量点的半径足够小,逃逸速度就达到光速,因为没有任何速度大过光速,故而所有物体都不可能逃脱这个质量吸引。不论它飞多远,最终都会落回来,或绕这个质量公转,这就是拉普拉斯的黑洞。

为了回答这个世纪难题,人们已经提出了数不清的理论。本文中,让我们另辟蹊径,借用暗能量理论来解答这个问题。

首先,我们要提到与佛教轮回相似的循环理论。佛教中的轮回说,不同的人有不同的理解,哪怕是学佛的人,解释也很不相同。佛家也有天地成败的“劫”,一劫到底有多长?有一种说法,一劫大约是四十三亿二千万年,虽然比现在的宇宙年龄短,却是一个量级的。

|· 本文来自“我是科学家”·|

1983年,林德提出了一个令人非常吃惊的想法,他认为暴涨的起源几乎无所不在。他将这个模型命名为混沌暴涨论。在这个模型中,驱动暴涨是一个永远在做量子涨落的场。当这个场涨落到一些地方使得场所含的能量足够大时,暴涨就发生了。例如,即使在我们现在这个足够安静的宇宙中,这个场也无时无处不在涨落,万一它涨落出一个足够大的能量密度,那个区域就会发生暴涨,从我们这个母宇宙中产生出一个小宇宙,那个小宇宙剧烈地膨胀,很快,一个崭新的大宇宙就从我们这个母宇宙中产生了。

澳门新葡8455手机版 1为什么13亿中国人中竟然找不到11个世界级的球员?

万有引力是近代科学最早确定的自然界中的基本力。牛顿的万有引力理论比法拉第和麦克斯韦的电磁力理论早了一个半世纪到两个世纪,在解释天体运行、潮汐以及预言新行星方面,取得了了不起的成就。

美国科学院院士、著名宇宙学家马克斯·泰格马克(Max Tegmark)有一个奇特的习惯:每写10篇正经的学术论文,就要写一篇发疯的学术文章。我觉得他的习惯还挺有趣的,所以也打算自己试试水,不定期地写一些“发疯”的科普文章。

黑洞

一个多月前,四年一度的男足世界杯吸引了全世界的目光。当然,很多国人又开始追问一个颇为古老的问题:“为什么13亿中国人中,竟然找不到11个世界级的球员?”

暗能量的性质决定了我们宇宙的命运。这是因为,暗能量现在是主导宇宙的能量,它占宇宙中所有能量的60%以上,而我们肉眼能够看到的物质以及肉眼看不到的暗物质只有不到40%。

暗能量和足球有什么关系

当然,暗能量到底是什么东西,就和“为什么13亿中国人中找不出11个世界级球星”一样,一直是一个世纪难题。过去20年间,理论家们已经提出了数以千计的理论模型。在2012年,我和三位同事合写了一本关于暗能量的学术专著,在此书中,我们把这些理论模型分为了八大类。

澳门新葡8455手机版 2《暗能量》

这本书里讲暗能量理论模型分成了8类:1.超对称。2.人择原理。3.调节机制。4.修改引力。5.量子引力。6.全息原理。7.引力反馈。8.动力学唯象模型。可能有读者一看到上面提到的那8个专业名词就觉得头都大了。没关系。就算你们完全不知道它们的含义,也不会影响对本文的理解。你们只需要知道,上述的8类暗能量模型,全都能对中国足球的窘境提供一种在逻辑上说得过去的解释。

有了这个分类,我们就能对关于国足的世纪难题进行解答了。下面,我们就借用这8类暗能量模型,来分析一下国足存在的问题。

澳门新葡8455手机版 3借用8类暗能量模型来分析一下国足存在的问题。

超对称

国足是一支非常典型的具有超对称性的球队——为了维持自身的超对称性,他们每进一个球,就必须再进一个乌龙球。

人择原理

在一些平行宇宙中,国足早已鹤立鸡群,让包括巴西和德国在内的所有强队都瑟瑟发抖;每次世界杯比赛,国足都会毫无悬念地垄断冠军。只是在这些宇宙中,地球已经被那些兴奋过度的中国球迷制造的超强地震给摧毁了,所以就不存在能记录国足荣耀时刻的观察者。

调节机制

国足本身具有非常强大的实力,但他们为了避免把所有的鸡蛋都放进同一个篮子,故意买了自己输。

修改引力

其他国家球员踢出的皮球,都遵循牛顿万有引力定律,只有国足踢出的皮球,遵循的是“f(R)修改引力”定律。两者之间存在的微小差异,干扰到了国足射门的准确性。

量子引力

国足比其他的国家队更强调个人,因而会呈现出非常强烈的粒子性。正因为如此,他们与包括“世界波”在内的种种波动现象无缘,也就完全不足为奇了。

全息原理

国足拥有非常强大的气场,以至于能在自己的半场建立了一个视界。正如黑洞的事件视界,这个半场的视界也是只能进不能出,所以皮球一般都会老老实实地呆在国足的半场。

引力反馈

国足球员的叉腰肌不够强大,反过来影响了他们在球场上的发挥。

动力学唯象模型

中国足协一直在通过频繁更换领导的方式,来构造不同的唯象模型。但由于缺乏第一原理的指导,各种唯象模型都无法打破理想和现实的鸿沟,从而拖累了中国男足。(编辑:婉珺)

免责声明(大雾)
本文的种种理论全部由香港科技大学的王一教授提出,而笔者只是对他的理论进行了简化和科普。如果有愤怒的球迷在看完本文后决定邮寄刀片,请抓住主要矛盾,不要误寄给笔者。

这是一个在过去十几年中非常流行的理论。

作者名片

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不论是普通物质、暗物质,还是辐射,这些能量密度在宇宙空间膨胀下被稀释,而暗能量呢,在数十亿年之内没有明显的变化。也就是说,数十亿年到上百亿年之后,暗能量不仅主导宇宙,还远远高于其他能量份额。

一波暗能量正向你袭来

20年前,科学家们发现宇宙正在加速膨胀,三位美国科学家还因此获得了2011年的诺贝尔物理学奖。

澳门新葡8455手机版 5从左至右依次为这三位诺贝尔物理学奖获奖者:索尔·珀尔马特(Saul Perlmutter)、布赖恩·施密特(Brian Schmidt)和亚当·里斯(Adam Riess)。图片来源:Wikipedia

这个发现意味着宇宙中存在着一种非常神秘的成分,它产生的斥力超过了宇宙中所有物质产生的引力,从而推动了整个宇宙做加速膨胀。

这种神秘的成分,就是所谓的暗能量。

目前,暗能量已经成为物理学与天文学最大的难题之一。美国科学院院士、诺贝尔物理学奖得主大卫•格罗斯在他的著名演讲《物理学的未来》中,提出了21世纪物理学面临的25个最重要的问题,其中“暗能量的本质”高居第三名。

暗能量到底是什么东西呢?迄今为止,还没有人知道此问题的正确答案。我们只知道,暗能量应该具有以下三个主要特征:

1. 澳门新葡8455手机版 ,暗能量是透明的。我们之所以能看到某个物体,是因为光照到这个物体上面,然后又反射到我们的眼睛里。换言之,一个物体要想被我们看到,必须能和光发生某种相互作用,否则就不可能把光反射回去。但暗能量不会与光发生任何相互作用,因此暗能量永远不可能被我们看到。

2. 暗能量会产生斥力。如果暗能量不能产生斥力,它就不可能克服宇宙中所有物质产生的引力,进而推动了整个宇宙做加速膨胀了。

3. 暗能量在宇宙中均匀分布,不会成团。一般认为,暗能量的密度极小,每立方厘米的质量仅为10万亿亿亿分之一克,所以我们在宏观尺度上完全无法感知到它的存在。但放眼整个宇宙,暗能量将聚沙成塔,变成了统治整个宇宙的决定性的力量。

澳门新葡8455手机版 6目前已知在整个宇宙中,常规物质(Ordinary Matter)占4.9%,暗物质(Dark Matter)占26.8%,暗能量(Dark Energy)占68.3%。图片来源:arstechnica.com

很多人都把暗能量与黑洞或暗物质混为一谈。事实上,它们之间存在着很大的差异。

暗能量是一种透明的、能产生斥力的神秘成分;而黑洞是一大堆普通物质被挤压到一个非常小的区域内所形成的正常天体(之所以说它“黑”,是因为它的引力强大到连跑得最快的光也无法从它的周围逃逸,但本质上它还是一种由普通物质所构成的天体);至于暗物质,则是一种透明的、与普通物质截然不同的奇异物质,它也会像普通物质一样产生引力,还会在引力作用下聚集在一起(一般认为银河系的暗物质就聚集成了一个巨大的球形)。

为什么物理学家特别相信宇宙膨胀的速度在减小呢?这是因为主导宇宙的力是万有引力,即使是爱因斯坦的理论也不能改变这个事实。在万有引力的主导下,宇宙中所有天体之间的相对速度都会变小。

在1998年以前,几乎所有人都相信宇宙虽然在膨胀,但膨胀在减速,将来的很多很多年之后,膨胀的速度可能无限趋近于零,也可能会降低到零,然后宇宙开始收缩变小。这是一个自然的想法,自从大约150亿年前发生的大爆炸以来宇宙一直在膨胀,但目前的膨胀速度已经比宇宙早期变小了很多,许多人认为宇宙的膨胀一直在减速,观测也似乎支持这个自然而然的想法。有趣的是,几乎没有人质疑过观测数据,尽管现在回头看以前的观测数据,并没有在严格的意义上告诉我们宇宙的膨胀在减速。

直到史瓦西在理论上发现黑洞五十年后,黑洞研究才成为热门,因为天体物理学家发现,黑洞会在宇宙中自然形成。

在科幻小说《三体》中,用到了大量的物理学设定。我国著名物理学家、科普作家李淼先生在不久前出版的《三体中的物理学》一书中,对这些知识做了深入浅出的生动讲解。虽然有些内容不乏艰涩,很烧脑洞,但其中自然科学知识的ABC,作为生活在现代社会的读者来说也很有必要了解。征得作者同意,新知周刊《科技》版特摘编书中一些内容提供给读者。

我们也许永远无法弄清宇宙在发生暴涨前的状态,但我们应该会知道宇宙的宿命,到底是一直膨胀下去,还是有一天会减速刹车,或者……发生大撕裂。

轮回说

万有引力无所不在,可为什么引力波难以探测?唯一的理由,还是万有引力作用太微弱了。静态万有引力已经足够微弱了,只有当质量积累到形成如月亮和地球这么巨大的天体时,我们才会感到万有引力的存在,而引力波就更加微弱。

史瓦西虽然发现了黑洞解,但爱因斯坦并不相信一个质量可以被大幅压缩以产生视界,所以黑洞对他来说并不存在。

还有一种可能,暗能量密度其实在慢慢变大。如果是这样,暗能量密度会在有限时间内变成无限大,也就是说,万有斥力变成无限大。不需要专家我们都能推测将会发生什么,宇宙中所有空间和物质都会被撕裂——首先是银河系被撕裂,然后是地球被甩出太阳系,接着是月球被甩出地球的引力范围,然后地球本身被撕裂……直到每个原子,每个原子核,每个质子和中子都被撕裂。

黑洞是真实存在的,可以说宇宙中到处都是黑洞,从质量只有几个太阳质量的恒星级黑洞,到质量为太阳质量100至100000倍的中型黑洞,再到星系中心的黑洞,其质量高达10万至100亿个太阳质量。天文学家甚至猜测,所有星系的中心都是一个黑洞。

史瓦西先生发现,黑洞是爱因斯坦理论的一个自然结果。在其去世的前一年,也是爱因斯坦发现广义相对论的几个月后,他发现了爱因斯坦理论中的第一个严格解。在一个由中心质量造成的弯曲时空中,越靠近中心的钟走得越慢,到了一个固定的边界,时钟走得无限慢,也就是说,如果我们站在外面看这个边界上的钟,它的秒针几乎不动。这个边界就是著名的黑洞视界。在这个边界上,光也无法逃逸。为什么光无法逃逸呢?很简单,尽管光速很大,但时间变得太慢了,对于我们的一个小时甚至一年,那里的时间几乎没有变,当然光在我们看来也就没有走了。

然而,宇宙学的终极问题之一是,宇宙暴涨的起源是什么?宇宙是唯一的吗?下面,我们从众多理论中挑选出两个介绍给大家:

宇宙死去之后及之外

第一个问题:宇宙的膨胀程度如何?是加速还是在减速?

为了避免这个未来,只有把不同文明制造的大量小宇宙中的物质归还给大宇宙,但如果这样做,小宇宙中将无法生存,小宇宙中的人也只能回归大宇宙,这就是回归运动。——《三体》

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