宇宙创世记

• xlzhu

  2023-09-22
  我们生活的整个世界都是由四种力维系在一起的，按强度降序分类：第一种力是 “强相互作用”（或称：“强核力”），将夸克结合在一起，形成质子和中子第二种力是 “弱相互作用”（或称：“弱核力”），出现在一些放射性衰变中第三种力是 “电磁力”，将原子和分子结合在一起，控制光的传播第四种力是 “引力”，只要存在质量或能量，就会发挥作用，遍布整个宇宙
• xlzhu

  2023-09-22
  宇宙的均匀性和各向同性令人印象深刻。实际的温度分布完美地复刻了理论的预测：宇宙就像一台巨型微波炉，它在遥远的过去就停止了加热，并自那时起就随着自身的膨胀均匀地冷却下来。相隔十亿百亿光年的区域，即使以离谱的精度去测量，也具有完全相同的温度：比绝对零度高2.72548 度。辐射是各向同性的，即在各个方向上都相同，差异小于十万分之一。
• xlzhu

  2023-09-22
  整个宇宙来自虚空，更确切地说，宇宙现在仍然只是处于真空状态，只不过是经历了蜕变的真空状态。这似乎是现代宇宙学给出的最具说服力的假说，或至少是与迄今所收集的无数观察结果最为一致的一个假说。
• 麒麟

  2023-07-18
  另一个谜团，和可观测宇宙的不可思议的均匀性有关。在我们周围，到处都是形态各异的星系，它们有些安静祥和，有些则饱受超新星、中子星和黑洞那些令人眼花缭乱的活动的折磨。尽管如此奇妙，但是宇宙的风景却处处相似。简而言之，如果我们放眼极广大的区域，而不是纠结于局部，那么，即使在宇宙最偏僻的角落，也都是非常类似的物体。这一情况不免让人想起这种迷失之感：你跨洲旅行，比如去吉隆坡或悉尼，下了飞机，你会发现自己依旧穿梭在相同的商店之间，橱窗里陈列的服装款式和你刚刚离开的罗马或巴黎一模一样，旅行箱、电话、照相机的情况也是一样。针对这一现象有个显然的解释：这和全球化背景下的大型经销网有关。然而，直到20世纪0年代，面对天文观测中难以置信的宇宙均匀性，人们对其背后的机制依然毫无头绪。
• 麒麟

  2023-07-18
  真空是一种活物，一种动态的、不断变化的物质，它充满潜力，孕育着对立。它不是虚无，相反，它是一个充满无限量的物质和反物质的系统。在某些方面，它确实类似于印度数学家心目中的那个数字零。零也远非“非数”，而是包含着正数和负数的无限集合，它们以对称的对子排列，符号相反，总和为零。这个类比可以扩展到寂静，如果把寂静理解为所有可能的声音的叠加，声音以相反的相位叠加时就相互抵消；或者扩展到黑暗，当光波间发生相消干涉时就产生黑暗。想到在我们的宇宙中，引力场产生的负能量恰好抵消了与质量相关的正能量，如下假说就会自然而然地涌现：一切都可能源于真空的一次量子涨落。一个具有这些特征的宇宙，可以从一次简单的波动中诞生，而量子力学的定律告诉我们，这个宇宙可以永远存在下去。总能量为零的宇宙构成了传统大爆炸理论的一个重要变体，它使初始奇点的存在变得多余。
• 麒麟

  2023-07-18
  如果考虑到物质和反物质的存在，事情会变得更加复杂。真空中的量子涨落（波动），可以采取自发产生“粒子-反粒子对”的形式。因此，真空可以视为取之不尽的物质与反物质矿藏。我们可以利用源自不确定性原理的不确定性，从真空中提取一个电子，如果我们立即将它放回原处，则不会有人注意到。只要足够快，这件事就能做到。该操作相当于同时提取了一个电子和一个正电子。在这里我们必须非常小心，因为电荷守恒定律没有例外，它比能量守恒要严格得多。我不能提取单独一个电子，因为这会改变整个真空状态的特性，它会带上正电。我必须总是让一个正电子也跳出来，以使系统的电荷预算达到收支平衡。简而言之，只是从真空中提取等量的物质和反物质，真空不会抗议。但粒子一反粒子对的能量问题还在：粒子一反粒子对的质量越低，它们可支配的自由离开的时间就越长。而课间休息后，不确定性原理敲响上课铃，两个“学童”又规规矩矩回到课堂。
• 麒麟

  2023-07-18
  为计算恒星或一般发光体的移动速度，天文学家很早就学会了利用“多普勒效应”：我们从救护车的警笛发出的声波中可以体验到这一现象，而它同样也适用于光波。当声源或光源远去时，我们接收到的声波或光波的频率会降低，这时，警笛的声音会变低沉，而可见光的颜色会趋向红色（因为红色光的频率低）。通过分析各种天体发出的光频的光谱，我们就可以测量每个天体的这种向红色的偏移，即“红移”，从而得出它们离我们远去的径向速度。
• 麒麟

  2023-07-18
  探索“无限小”，重建灭绝的粒子，研究早期宇宙中物质的奇异状态，就是了解时空初生时刻的两条路径之一。另一条路则是超级望远镜，一种探索“无限大”的大型仪器，它研究恒星、星系和星系团，甚至试图观察整个宇宙。这里，我们也利用了爱因斯坦方程，它将光速固定为（，即每秒约30万千米。这个速度非常高，但并非无限高。因此，当我们观察一个非常遥远的物体时，距离我们数十亿光年的星系在我们眼中并不是它们现在的样子（“现在”也很难定义），而是数十亿年前的样子，就是它们发出那道今日才到我们这里的光的时候。用超级望远镜观察很大很远的物体，就可以直接观察到字宙形成过程的所有主要阶段，并收集到关于我们历史的宝贵数据。通过这种方法，即观察在巨大气体星云中心绽放的成千上万颗新星体发出的第一批微弱信号，我们了解了恒星是如何诞生的：我们注意到，围绕某个新天体运行的物质环中，气体和尘埃在增厚，这明确标志着“原行星系统”正在形成。我们的太阳就是如此诞生的，围绕它的行星也是如此形成的一能够直接看到这个过程，真是太棒了。再进一步，我们还能目睹第一个星系的形成，这些骚动不安的物体有时会发出各种波长的大量辐射，这是其“创伤性”出生的明确迹象。通过超级望远镜，我们终于可以观察到宇宙的奇观，并以惊人的精度测量它的一些特性。宇宙温度的局部分布是一种令人难以置信的记忆，其中包含着宇宙初生之时所发生之事的鲜活痕迹：微小的温度波动，就可以用一种我们假以时日就能解读的“语言”，讲述我们最遥远的历史。而最令人惊奇的是，这两条知识路径，基于大不相同且彼此几近陌生的方法，由两个完全独立的共同体推进，却彼此完全契合：基本粒子的无穷小距离的世界，和巨大的宇宙距离的世界，从两者中收集的数据，无可阻挡地朝着同一个起源故事汇聚。
• 麒麟

  2023-07-18
  要了解宇宙的初生时刻中都发生了什么，需要巧妙地找到一种方法，将当前物质的微小碎片带回那些原始条件中的极高温度之下。某种意义上，我们必须尝试回到过去。这正是粒子加速器中发生的事。我们使高能质子或电子碰撞，这正是利用了爱因斯坦方程：能量等于质量乘以光速的平方。碰撞的能量越高，所能获得的局部温度就越高，能生成以供研究的粒子质量也越大。要达到最大能量，需要巨型设备，例如欧洲核子研究组织（CERN）的大型强子对撞机（LHC），就在日内瓦附近的地下延伸27干米。在这里，将空间的微小部分加热到与早期宇宙相似的温度，就能“复活”一些已经“灭绝”的粒子：超大质量粒子，它们存在于最初时刻的炽热宇宙中，而今已经消失了很久。多亏了加速器，让它们结束了长眠，重新走出冰冷的石棺，得以被我们细细研究。我们就是这
• 麒麟

  2023-07-18
  人类将地球置于宇宙中心两干年，然后心不甘情不愿地承认我们的星球只是围绕太阳旋转的众多星球之而现在连最后的幻想也崩塌了。太阳系和我们亲爱的银河系所处的位置，没有任何特殊性。我们就是一个默默无闻的星系的一个微不足道的组成部分，而这个星系又只是遍布宇宙的无数星系之一。好像这还不够似的整个系统还随时间的推移而演变：像所有物质性存在一样，这个系统有一个开端，也很可能有一个终结。
• 麒麟

  2023-07-18
  我们寓居在薄球壳之上，为日常生活所塑造，受制于从周遭习惯性地看到和经历的东西，于是很自然地想，支配我们生存的法则，在宇宙其他每个角落都存在。日夜规律轮转，月相圆缺往复，季节轮回更替，天穹总是为星星照亮，我们着迷于这些现象，于是设想类似的平衡无处不在。但事实并非如此一恰恰相反。我们已经在这里生活了几百万年，但比起任何主要宇宙过程的周期，我们的生命都无限短暂。我们生活在一个温暖的岩石星球上，这里富含水，有宜人的大气层和仁慈的磁场包围和保护。磁场就像某种能吸收紫外线的魔毯，保护我们免受宇宙射线和粒子群的破坏性影响。我们的母星太阳是一颗中等大小的恒星，位于我们所在的银河系的一个非常宁静且相当边缘的区域。整个太阳系做着缓慢的轨道运动，位置可说是在距银河系中心26000光年的地方。这是个安全的距离，因为银河系中心潜伏着一个怪物般的黑洞，人马座A*，这东西比太阳重400万倍，能摧毁周围成干上万颗恒星。
• 麒麟

  2023-07-18
  由无数的热核爆炸、对流运动、骇人质量的周期性振荡、被强大的磁场投射到周围的等离子流组成在我们这颗恒星内部，有提坦巨神般的力量在彼此冲突一场持续了无数年的战役，已经宣告了一名胜利者：引力。而数十亿年之后，随着核燃料的耗尽，引力最终会成功地粉碎、压扁太阳的内层，使其坍缩。中央核心将被压缩，而最外层会开始膨胀，直至到达水星、金星和地球，将它们瞬间蒸发。这是因为，从远处看，高度混乱的系统可能会显得有序且规律。同样的情况也发生在观测的另一个极端无限小的世界中。如果仔细观察最闪亮、最光滑的表面，你会立即被物质基本成分的混乱舞蹈所震撼：它们以疯狂的速度波动、振荡、相互作用、改变性质。构成质子和中子的夸克和胶子在不断地改变状态，与彼此、也与围绕它们的无数虚粒子（particelle virtuali）相互作用。微观层面的物质不可阻挡地遵循着量子力学定律，受偶然性和不确定性原理的支配。没有什么是静止的，一切都在不断变化的各种状态和可能性中沸腾。