一想到还有95%的问题留给人类，我就放心了

• 连木木

  2022-05-04
  空间不是静态的空幕布，供宇宙的剧场在上面演出。它可以弯曲（发生在大质量物体出现时），可以产生涟漪（引力波），还可以膨胀。它的确在膨胀，而且很快。空间在匆匆忙忙地变大。有什么东西在产生更多空间，把宇宙中所有的东西向外推。我们应该注意到的是，实际结果显示宇宙膨胀在开始的时候的确减慢过，但是在最近的50亿年中，有些东西在促使宇宙中的事物越来越快地相互远离。这个使宇宙加速膨胀的驱动力就是物理学家所说的暗能量。我们看不见它（所以它“暗”），它把所有的东西都向外推开（所以它是“能量”）。它是宇宙的主要力量，差不多代表了宇宙中所有物质和能量的68%。
• 连木木

  2022-05-04
  一个物体越远，它让我们看到的光越古老，我们就越能从中看到遥远的过去。
• 连木木

  2022-05-04
  如果爱因斯坦没有提出“物体以光速运动会怎么样？”这个问题，那么我们就不可能用上精确的GPS系统。看似和地球无关的问题促进了相对论的发展。
• 连木木

  2022-05-04
  这个问题（我们怎么知道宇宙在膨胀？）对我们很重要，因为这种重大问题的答案会让我们更加了解宇宙。有时候，仅仅是提出这些问题，就能让我们发现一些令人诧异的事情，它们还会影响我们的日常生活。
• 连木木

  2022-05-04
  如果宇宙有一个开始，那么它是否会有一个结束？这个巨大、壮丽、精彩、奇特的地方会如何走向终结？
• 连木木

  2022-05-04
  宇宙中超过2/3的能量是在人们寻找其他东西的时候发现的
• 连木木

  2022-05-04
  研究暗物质非常困难，因为我们和它没有多少相互作用。我们看不见它（所以它“暗”），但是我们知道它有质量（所以它是“物质”）。
• 连木木

  2022-05-04
  关于暗物质，我们还知道一点，那就是它并非躲在远处。暗物质倾向于聚集在一起，形成一个大质量团块，并且飘浮在宇宙空间中，和星系在一起。这意味着，此时此刻你很可能就待在暗物质中。
• 连木木

  2022-05-04
  暗物质肯定是存在的，而且它很奇怪，和我们所熟悉的东西不太一样。关于暗物质，我们知道：·它有质量。·它不可见。·它喜欢和星系待在一起。·普通物质碰不到它。·其他暗物质也接触不到它。·它的名字很酷。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  当物理学家试图将量子力学和广义相对论融合到一起时，出现了两个大问题。第一个问题是，量子力学似乎只在平坦、无趣、无弯曲的空间中有效。如果你试着让量子力学对弯曲且摇摆不定的空间中的引力发挥作用，则会有奇怪的事发生。要知道，起初，为了让量子力学有意义，物理学家必须应用一种被称为“重正化”的特殊数学技巧。这让量子力学能够处理一些奇怪的无限问题，比如点粒子电子的无限电荷密度问题，还有电子辐射无限多低能光子的问题。通过重正化，物理学家能把所有这些无限问题扫到地毯之下，假装一切都好。遗憾的是，当你试图把重正化应用到弯曲空间的量子引力论中时，它就不起作用了。你刚摆脱了一个无限问题，另一个就接踵而至。无论你想要藏起多少，后面都有无限多的问题在等着你。也就是说，目前的量子引力论总会给出包含无限性的疯狂预测，这意味着它们无法被检验。大家对此的理解是，引力有某种反馈效应。空间弯曲得越厉害，引力就越强，其吸引的质量也越多。引力的反馈效应显然是非线性的，而在弱电力和强核力的量子描述中不存在这种情况。整合广义相对论和量子力学的第二个问题是，这两个理论对引力的见解有很大差异。如果我们要把引力纳入量子力学，那么就需要找到传递它的粒子，但从没有人见过这种粒子。严格地说，我们直到最近才掌握了探测此类粒子（还记得第6章中的引力子吗？）的技术，而且我们还没有探测到它们。因此，这两个描述宇宙运行的理论很难融合，我们甚至不知道它们是否有融合的可能。我们不知道引力子会是什么样子，而量子引力的融合理论总会做出有无限倾向的无意义预测。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  量子力学告诉我们，我们不能绝对精确地知道一个粒子的位置。那是因为，量子力学所研究的对象是有随机性的。但是除此之外，量子力学还告诉我们，一个粒子的精确位置是“不确定的”，突破了某个界限，在更小的尺度上，位置信息就不存在了。这是一条线索，宇宙中可能有一个最小的有意义距离，我们或许可以把这种量子距离理解为像素。但是如果现实世界是像素化的，那这些像素有多小呢？我们真的不知道。物理学家东翻西找，把几个关于宇宙基本信息的基本常数结合起来，进行了粗略的猜测。这些常数中有量子力学中的普朗克常数h。这是一个非常重要的数字，因为它关乎能量的基本量子化，你可以把这理解为能量的像素化。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  关键是，在我们所生活的宇宙中，很多理论确实可以在完全忽略较小尺度的情况下发挥作用。换句话说，你可以精确地预测某样东西所有小零件的集体行为，即使你并不知道每个小零件在做什么（你甚至不需要知道它们是否存在）。举个例子，经济学研究可以描述群体行为，但经济学家其实不需要分析每个个体的心理。众多购物者和商人的行为决定了物价的宏观变化，这可以用几个方程来描述。你可以研究和描述一个群体的经济行为，而不需要了解任何个体的选择和动机。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  科学家直到最近才成功地让反质子和反电子在实验室里友好共处并产生反氢。2010年，科学家成功地制造出了几百个反氢原子并将它们储存了大概20分钟。[插图]这是了不起的技术成就，但无法回答有关反物质的问题。想象一下，如果你只能用那么一点时间看看几个氢原子，那你能对宇宙有多深的了解呢？我们确实取得了不小的成就，但是在反物质制造和安全储存技术发展得更好之前，我们无法加深对反物质的了解。目前，我们每年只能在CERN生产几皮克的反物质，也就是说，如果要生产相当于半个葡萄干大小的反物质，那么我们要花几百万年的时间。即使到了那个时候，我们也需要利用电磁场发明一种无接触的器皿。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  一个流行多年的解释是，这些高能粒子来自星系中心无比强大的黑洞。这些黑洞的质量比我们的太阳还要重几千倍甚至几百万倍。除了已经被这种黑洞[插图]吞噬的物质之外，还有质量巨大的气体和尘埃在围绕着它旋转，排队等候被吞噬。这些物质受到巨大作用力的影响，并被观察到会产生惊人的辐射。然而，人们在数十年的观测中看到的少量超高能宇宙射线似乎与这些活跃星系核的位置并不相符。这就意味着这不太可能是正确的解释，大家可以继续开脑洞了。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  事实上，智能手机的数码相机就可以用来探测粒子。为日料大餐和萌娃拍出美照的科技使得它们对由高能粒子撞击大气层而产成的粒子雨十分敏感。而且智能手机随处可见（截至我们撰写本章时已有30亿活跃用户），它们可以编程、联网、定位，到了晚上则会闲置。如果这些智能手机通过运行App开启摄像头并探测粒子，那么它们可以成为分布广泛、覆盖全球的宇宙射线探测网络。有些科学家[插图]提议，如果有足够的人（大约几千万）在夜间手机闲置时运行这个App，那么由此形成的网络就可以观察到更多我们原本有可能错过的高能宇宙射线。运行这个App的人越多，这个网络就越大，收集的宇宙射线就越多。说不定你也能为这项研究贡献力量！也许你一直想成为天体物理学家，如果这个疯狂的想法有效，你就能参与破解宇宙谜题了。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  当一个超高能粒子撞击大气层顶部时，它一定要与许多气体分子碰撞之后才能到达地球表面（谢天谢地）。当一个1020eV的粒子撞击一个大气中的分子时，它会一分为二，它的能量也会平分给两个粒子。这两个粒子随后又会撞击其他分子，产生拥有1/4能量的四个粒子，以此类推。最后，会有几万亿个带有109eV能量的粒子在一瞬间冲到地球表面。这种粒子雨的范围一般有一两千米，主要由高能光子（γ射线）、电子、正电子和μ子组成。我们知道有超高能粒子撞击地球，就是因为我们在这么大的范围内观测到这么强的簇射。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  这意味着我们所看到的超高能粒子一定来自比较近的区域，否则光子雾会让它们减速。如果它们来自非常遥远的地方，那么唯一的可能就是它们出发时携带了高得极其离谱的能量。如果能够排除这种情况，那么我们就只能得出结论，无论是什么[插图]发出了这些超高能的粒子，它一定在我们星系的邻近区域。这是一条有用的线索，因为它将太空中某个巨大的部分移出了讨论范围，但可供讨论的空间范围（从科学角度而言）仍然大得吓死人。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  太空在我们看来清澈而空旷，但对于带电高能粒子来说，在太空中穿行就像在拥挤的火车站里行走。组成了宇宙幼年图景的光，也就是宇宙微波背景，使整个宇宙充满了一种光子雾。宇宙射线与这种雾发生作用，很快就会减慢速度。1021eV能量级的粒子只要经过几百万光年的自然减速过程，能量就会降低到1019eV左右。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  是的，我们每天被数以百万计的超高能粒子连续轰炸，却不知道它们是怎么来的。如果你让天体物理学家（基于现有知识）估计太空中的粒子最快能达到什么速度[插图]，他们会：（1）感谢你提出这么棒的问题；（2）举出一些极端的例子，比如爆发的超新星喷射出来的粒子，或者被黑洞像弹弓一样抛射出去的粒子；（3）仍然给不出令人满意的答案。基于目前我们对宇宙中事物的了解，太空中粒子所能达到的最高能量约为1017eV，这仍比每天击中地球的那些超高能粒子弱上千倍。
• 闻夕felicity

  2022-04-06
  有更重要的带电粒子，它们会对人体这一“精密装置”构成威胁。质子和原子核就是这种粒子。高能质子可以撕裂人体。宇航员要特别小心，并确保始终能有效防护高能质子，这比记得涂防晒霜复杂多了。除此之外，太阳像任何巨大的火球一样难以预测。大多数时候，它以极高的温度对我们“小火慢煎”，但有时它也会消化不良，从而出现耀斑。耀斑会将等离子束发射到遥远的太空，并释放出额外的有害粒子。任何置身太空中的人都时刻注意和太阳有关的精准天气预测，一旦探测到这种耀斑就要立刻采取额外的防护措施。关键是，每时每刻都有无数太空粒子在击打着地球，而且它们携带着很多能量。