网上有关“引力波为我们带来了什么?”话题很是火热,小编也是针对引力波为我们带来了什么?寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。
引力波是时空的涟漪,它是由宇宙中的一些最为剧烈的事件产生的,如大质量致密天体的碰撞或合并事件。引力波的存在早在1916年便已经由爱因斯坦预言,当时爱因斯坦证明了加速下的大质量物体将会扭曲时空,并产生从该源头发出的时空涟漪。这种“涟漪”将以光速穿过宇宙,携带着关于产生它们的那次灾难性事件和引力本质的珍贵信息。
当爱因斯坦最早提出他的广义相对论的时候,他彻底革新了我们原先对于时间与空间的概念理解。我们此前一直认为空间是恒定而不变的,物质和能量存在于其中。但爱因斯坦的理论指出空间实际上与能量和质量之间都是相互联系的,并且随着时间推移空间也在发生变化。如果只存在一个质量物体,静止地存在于时空之中(或者处于匀速运动状态),那么它所处的时空不会发生变化。但如果你加入第二个质量物体,那么这两个物体之间就会发生相互运动,互相会向对方施加一个加速度,在这一过程中也就将造成时空结构的改变。更加重要的是,由于存在一个大质量粒子在引力场中运动,广义相对论指出这一大质量物体将会被加速,并释放一种特殊的辐射:引力辐射。
聊聊“宏观历史”
公元2018年3月14日,全世界人民的平均智商都被拉低了一大截,本世纪最伟大的科学家逝世了,他就是史蒂夫.霍金。
消息一出,互联网上哀鸿遍野,无数人在朋友圈里刷着沉痛悼念霍老爷子的文字和,耿直如我,也没敢问一句:先不说你们能不能理解霍老爷子的理论,老爷子那部专门为咱们吃瓜群众科普的作品《时间简史》你们都看完了吗?
诺贝尔奖大家都知道,那是科学界含金量最足的奖项,而霍金也被称为最伟大的科学家,那么问题来了霍老爷子居然没得过诺贝尔奖,难道是他的属相不合,跟诺贝尔奖相克?
属相不合,相生相克的说法当然只是一个玩笑,今天我们就聊聊霍金和诺贝尔奖。霍老爷子曾在剑桥执教应用数学和理论物理学,是当代最重要的广义相对论和宇宙论学家,
被誉为继爱因斯坦之后世界上最著名的科学思想家和最杰出的理论物理学家。来,看我的口型:理论物理学家,理论物理学家,理论物理学家!重要的事情说三遍!他的研究成果也集中在理论物理学方面,比如黑洞:
在大部分科学家以及全部吃瓜群众都认为黑洞吸引力极大,连光线都能吸进去,所以才是黑的的时候,霍老爷子说:黑洞不止在吸,也在往外吐,会把吸收进去的能量吐出来,当吐出来的能量比吸进去的能量多的时候,黑洞就消失了,这就是著名的“霍金辐射”理论。
霍老爷子认为,宇宙是无边无际的,起源于一次大爆炸,在大爆炸之前连时间都是不存在的,什么奇点、宇宙起源都是无稽之谈,纯属来混盒饭的。
天上一天人间一年?宇航员在月球呆上一天,地球上过去了多久?
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与特定国家、文明、 时空的历史比较,探索“整个过去的历史”无疑是一件更为艰难、也更具有吸引力的事件。
任何一个谈得上聪明的年轻人,总是对统一、完整的“过去”充满了解的渴望,他们期望凭借有限的学识、才智而理解无限的世界,跨越知识匮乏的深渊,在广度、深度上彻底的弄清楚这“整个世界!”
也正是基于此类渴望,他们耗费生命中一些时间去阅读、探索以及思索,追寻智慧的灯火以便照亮深渊中的真相。
之所以“更为艰难”,首先,是由于“时间”的跨度异常悠久,以现代宇宙学理论计算,“可观测宇宙”至少已存在了138亿年之久,要考察如此深远、漫长的历史不可能基于实证证据,而只能依赖逻辑推理所建构的理论模型,而这之中不可避免充斥着一些未经证实的理论臆测……
其次,则是由于“空间”无比无比辽阔,即便以光的速度冲出地球、太阳系、银河系、河外星系,单纯就“可观测宇宙”的空间直径而言,就需要耗费930亿年……如何掌握如此浩瀚无垠的一个世界里所发生的事件?基于同一个理由:依赖科学理论模型的推理和少量的证据来描绘“究竟发生了什么”
(此时此刻,宇宙空间仍在膨胀、乃至于以超光速的速度膨胀,在不久的将来,恒星与恒星、星系与星系之间将不可估量的彼此远离)
也正是由于所需要叙述的“时空”无比深远,试图“完整”的讲述“宏观历史”是一件无比困难的事件,而与“世界史”所不同的是:
此类讲述还需要一种更为综合的知识……既即,将宇宙学、地质学、生物学 的常识,并与人类文明史 巧妙的融合为一体,才能够讲出这样一个伟大的故事 ----? 一个现代版创世的故事。
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从古至今,每一个略有头脑的人类,在心智深处都曾渴望了解这样一个伟大的故事,渴望知晓世界与人生之谜的来源。
早期人类通过宗教、神话传说、糟糕的哲学体系 来了解外部世界,通过它们的质朴“知识”来“解释” 神秘莫测的自然现象,任由愚蠢的臆测、胡说八道 来构建一种对整个世界认知。
而今天,一个谈得上“现代”的人类,倘若还接受这样的世界观,以愚昧的宗教故事作为一种认知途径,以愚蠢的哲学体系、神话传说来理解万物的神秘,与几千、几万年前的原始人就不存在丝毫差异了。
我们已经拥有了更好的认知体系来解释整个世界的谜题。
(早期人类之所以会信仰宗教的独断论,首先是由于没有更好的认知体系,其次也是因为心智的迷惑无处安放,迫切的渴望关于“整个世界、人生”的一种解释。
过于复杂的解释超出了他们的耐心和才智,而绝大多数宗教恰好是一种便捷的解释,完美的符合缺氧的大脑,因此获得广泛的信仰以及成功的传销)
(不可否认的是:宗教作为一种认知体系,某种意义上,的确远比冷酷的科学更能慰籍人们的灵魂,慰籍他们孤苦、愚昧的一生……它提供一种虚拟的承诺和保障,而并不以残酷的现实让人们惊惊恐慌张。
谎言,偶尔的确比真相更能慰籍那些脆弱的心智。)
现如今,让我们听一个新的版本,一个由现代科学所讲述的伟大故事。
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在复述现代科学关于世界起源的理论之前,有三个问题并非不值得一提:
1? 为什么我们的好奇心试图理解这个世界?
2 为什么我们渴望了解世界的起源?
3 为什么询问:“我们是谁,前往何方?”
我们心智深处充斥着困惑与混乱,唯有“答案”可以抚平这种混乱。
第1个问题是由于这是智力的特质。智能的功能之一就是分析、观察、解释、理解外部世界的状况,以便获得更多的信息随时作出反应,增大生存的几率。智力的衍生原本服务于生存和繁衍,而并非理解恒星、夸克与生命。
第2个问题是由于一种心理上的“迷失”,我们需要一种坐标,一种定位,一种归属感……而这种“定位”基于对外部世界的清晰的理解,因此,我们不仅需要解释这个世界的起源,我们还需要解释生命的起源,以及人类的起源……通过一定程度的认知,方能摆脱内心的迷惑、恐惧与不安,方能满足我们强烈的好奇。
生命的诞生、世界如何形成……此类知识利于我们了解自身的处境,以及未来的可能性。
第3个问题则是由于唯有理解了我们自身的处境:与这个世界的关系,具有什么性质的能力,又从属于一个什么样的物种,……才能深刻的理解生命存在可以具有什么样“意义”,可以创造什么样的“意义”,清晰的定位我们在这浩瀚的宇宙空间之中的“位置”,理解应该如何延续这种生存,以及又为何生存。
这是根植于每一个人类心智深处的渴望,也是我们这个物种何以独特的原因。
在宏观历史中,人类存在的时间如此短促,以至于仅仅从时间上考量,只能以“微不足道”这个词来形容……然而,在这个问题上,时间不是唯一重要的标尺,它不足以测量这个物种可贵的价值,在亿万颗恒星中,我无法断言这个物种有什么样非凡的“意义”,却时常为身处其中感到满足……我的人格不再对抗自己,也不再愤怒的对抗这个世界,不知什么时候开始,我对这个物种,持有了一种认同。
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诺大、色彩斑斓的星球
在引力场中缓缓旋转
星球与星球
星系与星系之间相距遥远
浩瀚无垠的宇宙之海中
类似这样的繁星、银河系
犹如大西洋中沙粒一般繁多
若你
也在星球、星系、陨石群中飞翔、穿梭,
一定也会像我一样
惊奇、迷惑:
究竟是一股什么样的力
创造了这个优雅、诡异的世界?
它又为什么
会以这样的形式而运作?
…整个宇宙
是一个无比巨大的谜题
以不可穷尽的空间、无限的时间
将人类的灵魂囚禁
永恒的神秘
淹没一个又一个愚钝的头脑,
并以恒古的沉默
回应一颗又一颗迫切的心灵…
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讲述一个“宏观历史”的故事涉及众多领域真伪难辨的观点,基于学识的浅薄你无从理解那些观点的可靠性,因此,你只能在复述 物理学家、地质学家、生物学家以及人类学家的理论之余,填写一些感叹词……[抠鼻]
迥然不同的学科构建了一个个庞大的模型,它们分别以独特的知识、理论、实验数据描绘了“整个世界”在不同历史时期的状态,谈论了它们如何起源、如何演化以及 目前处于什么样状态。
首先,故事分为五个阶段:
一,宇宙、星系以及恒星的演化、起源
(针对这个阶段的解释权,仅仅属于物理学)
二:地球的起源
三,生命的起源
四,人类的起源
五,人类文明的起源
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如果不从宇宙的起源开始谈论,所谓“宏观历史”就无从谈起,然而这个领域恰好是所有问题之中最为困难的部份。
即便以现代科学的理论、证据来回答也充斥着巨大的疑难(学者们可信赖的证据有限,而边界、可能性则无穷)
直到20世纪前半叶,通过一些事实、证据才形成了“起源”的观点,明确的意识到,即便是宇宙也并非永恒的一种存在,它自身在“时间”上也有一个起源。
(然而,比整个宇宙存在一种起源更为匪夷所思的是:空间、时间也像物质、能量一样在一个特定的时刻被“创造”出来。
要理解这种“事实”,应该是人类种族在智力、直觉、经验遭遇过的最为巨大的一个挑战)
(“时间”存在一个起源,似乎也终结了这样一类询问:“大爆炸之前是什么状态?”
此类极其专业的问题涉及了太多高深莫测的物理,需要更深入的学习才有可能了解物理学者凭什么下这样一个结论)
附注:
6.1
1927年,参加完第一次世界大战的乔治-勒梅特(炮兵军官、神父、宇宙学家)独立发表了一个爱因斯坦场方程的严格解(被称为:“弗里德曼-勒梅特-罗伯逊-沃尔克度规”)
这个解引出了一个早期的宇宙模型:现代宇宙可能在源源不断的膨胀。
既然如此,时间反演推理,回溯过去的历史,得出一个新鲜的结论:在“最初的最初”,宇宙可能起源于一个特定的时刻,起源于一枚“原子的原子”。
(当然,勒梅特的观点与现代宇宙学所不同的是:它这一枚“原始原子”比太阳大了30倍,囊括了宇宙之中所有的物质)
(与此同时,俄国数学家弗里德曼也得出类似的结论)
6.2
现如今,“大爆炸”理论算得上是一个成功的模型,拥有大量坚实的证据,也获得一些证据支持(哈勃红移、微波背景辐射、轻元素丰度的比率、宇宙年龄的测算)
大爆炸宇宙学是否正确?这一点仍然是难以分辨,仍然遗留着大量的问题无法解析。
如今,粒子物理学、等离子物理学,量子物理学的理论和实验可以用来研究宇宙大爆炸之后极短时间内的状况。
比如:高温、极小的尺度下会发生什么。
当这些知识被运用在“大爆炸模型”中时,发现至少四个问题:
1? 磁单极子
2? 均匀性问题
3? 微波背景的各向同性(视界问题)
4? 平直性问题
……存在一些与理论不符合的观测矛盾。而解决的方案是提出一些更富有“颠覆性”的观点(比如艾伦古斯的“暴胀理论”)
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时间是一条冻僵的河流
从未流淌
流淌的是生命本身
宛若离弦之箭
穿越一片又一片凝固的时间碎片
所谓“过去、现在与未来”
并非泾渭分明-清晰可辨
玄妙的宇宙悬挂着一块又一块钟表
每一块空间匹配一根时间线
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宇宙起源的理论有很多套,绝大多数由于不符合实验证据而遗弃在历史的角落。然而“大爆炸理论”也并非完全基于观测所得到,事实上,它是从广义相对论场方程的解中得到的,该理论与观测结果最为符合,因此脱颖而出。哈勃红移、微波背景辐射、轻元素相对丰度……从不同方向对该理论提供了强而有力的支撑。
然而,它仍然太古怪了,居然“胆敢”声称构成整个宇宙的物质,千亿个星系、万亿个太阳通通源自于138亿年的“奇点事件”,而人类所生存的星球、星系和宇宙居然存在一个最初的起源。
在诞生之初,整个宇宙的一切物质都紧缩、挤压在一起,不仅比一个原子还小,并且还处于一种无比炽热、致密的不可思议状态。
更为离奇的是:能量和物质在“虚无”之中迸发出来(量子真空涨落),随之而来的还有“时间和空间”。
8.1
为什么“虚空”之中,正反物质会相互泯灭?为什么每10亿个正反夸克碰撞后,会留下一个夸克形成了我们今天的世界?为什么早期宇宙的温度如此高?又如此致密?为什么会以超光速的速度膨胀?为什么摆脱了强烈的不稳定之后的宇宙,会出现不同的实体:质子、中子、光量子、电子……?为什么会形成不同的力:强作用力,弱作用力、引力,电磁力?
通通这些问题,都有待回答。
总而言之,现代宇宙学讲述了一个难以理解的起源故事,囊括“时空、粒子、物理场、基本作用力”在内,万物的一切事物都存在一个开端。
9
那么,最初的最初是如何开始?
“奇点大爆炸”最初阶段:称之为“普朗克时期”。在这个时期(既,10^-43 秒)宇宙还没有发育成形。
(注:所谓的“普朗克长度”,指的是宇宙小于物理意义上的最小长度单位 )
“普朗克时间”之前所发生的一切事件,都无法加以说明。
(此时此刻,引力已经出现)
第二阶段:10^-35(秒)
强核力、弱核力及电磁力,也开始出现。
值得注意的是:
在普朗克时期,它们并不独立存在,它们被统一为一股原始力(“超力”)……此时的宇宙处于一种高度对称的时期及状态中,整个世界也仅仅存在能量与超力,而没有物质。……随迅速的膨胀、冷却经历了对称性破缺的阶段之后,到了普朗克末期,引力才被分离出来。
第三阶段:10^-33? ∽? 10^-32
(秒)
宇宙又经历了一场极其狂暴、猛烈的膨胀,艾伦?古斯称之为“暴胀”的阶段……在这个有趣的时期之内,整个宇宙在规模、尺寸上膨胀了100亿亿亿倍(也就是从一个比原子还小的东西变成了今天这个辽阔、几乎无限大的宇宙)……整个暴胀的时刻并不长,约经历了10^4秒就结束了(既到了10^32秒)……此刻,才有了亚原粒子的出现(无质量)
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顺便一提,这种膨胀至今并未停止,此时此刻,遥远的星系正在远离我们,并且距离越远的星系速度越快……在不久的将来,若干亿年之后,人类倘若还存活于这个世界,生存在这个宇宙空间之中,我们的子孙后代将会发现苍穹之上可供观测的繁星、星系如此之少,(倘若膨胀的速度足够快,或许,今后的夜空,视界之内没有一个可观测的星系)
今天的天文学知识、资料倘若无法妥善保存下来,未来的子孙将认为宇宙空间本来就不曾有另外一些星系存在。
10.1
现代物理学显然像一门“巫术”,当物理学研究的课题已经推进至宇宙起源的三分钟之内时,宇宙学家们或许也会产生一种迷惑,并纳闷这是科学还是魔法?
通过经验、智识的积累,人类的智慧之路或许跨越了“愚蠢”的边界,走向了深邃、遥远……
11
第四阶段:10^-10? …… 10^-6 (秒)
这个时候,基本力已经单独分离,宇宙的温度开始升高,夸克和反夸克之间相互创造和泯灭,而继续存在的夸克则局限于质子和中子之内。
顺便一提,电磁力及弱核力被分离出来,被称之为:“第三次对称性破缺事件”,(发生于10^11秒)
此时,一切夸克、电子及所有亚原粒子才获得了质量。
(有一种理论认为某种神秘莫测的粒子赋予了它们质量,该理论由幸运的物理学家希格斯提出,他的“希格斯机制”给粒子质量之谜提供了一种解释
(而在历经了40多年之后,生前不抱希望的希格斯所声称的“上帝粒子”幸运的被实验室捕获,证实了该理论的预测)
第五阶段:1-10秒之内
正负电子相互结对,并且消亡(所残留下来的,只是原本正反电子总数量的十亿分之一,夸克也是这个数据)
第六个阶段:最初三分钟
质子和中子结合成了氢和氦的原子核。
第七个阶段:三分钟? ~ 30万年
带负电荷的原子,开始被带正电荷的中子所捕获。
宇宙在电价上变成为中性,并且放射性和物质彼此分离,在迄今为止我们能够察觉到的巨大“闪烁”之中,放射线与微观背景辐射射线的形式被释放了出来。
而以上,就是宇宙诞生之初一秒之内,以及之后30万年所发生的故事。
11
有一个因素值得强调:“温度”
温度,在宇宙演化的宏观历史中扮演了极其重要的角色,随宇宙环境的继续冷却,直至百万分一秒的时刻,夸克已经可以在强核力作用之下形成质子、中子。
(换言之,此时此刻,已经有了第一个元素的诞生)
随温度继续下降,在流逝了漫长的3分钟之后,宇宙环境已经冷却到允许质子与中子存在暧昧关系(合成了氦元素)
再之后,出现少量锂、跛……
至此为止,宇宙中所有核心演员已经就位(引力、电磁力、强核力、弱核力),迷人的戏剧即将开演,宏观历史由此打开它的帷幕……
附注:(关于温度)
宏观领域的概念不一定适用微观领域,严格来讲,所谓“温度”,实质上是分子运动能量的表现,而各个分子本身并不具备温度特性。 温度是我们从微观世界层面中产生的呈展效应。单独看每个分子,冰和水并无区别,由于聚集方式差异导致特性差异。
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科学理论从来不等于不容置疑的事实,因此,聆听一个宏观历史的故事必须持有这样一种理智:故事的内容由大量的理论与少量的证据所构成。
与逻辑推测、假设比较,证据更像是配角,即便是科学描述整个宇宙演化时,也不可避免渗透着大量未知的错误,在没有被实验纠正之前,只能将之视为某种“事实”。(否则,将永远无法谈论故事是如何开始的)
尤其那些描述宇宙诞生、物质起源的理论,存在很多假设并没有被验证,很多参数的数值也被人为的引入其中。
比如:为了解释大爆炸理论与观测证据之间的矛盾,就曾引入了很多不同类型的暴胀模型……它们是否可靠?几乎不得而知,核心理论迄今为止是不可验证的。
我们深陷于一片虚空,凭借证据与猜测来摸索什么是事实。
为什么当年双缝干涉延迟实验让科学家感到恐怖?
神话传说中,天上的时间对比人间总是很漫长,可是在现实中, 月球上的时间真的比地球慢吗? 随着我国的探月工程不断地推进,嫦娥三号、四号、五号的成功登陆和探测,科学家们正在逐渐向我们揭开月球的神秘面纱,如果真的是 天上一天,人间一年 ,那宇航员们登上月球度过了30天,等回到地球时,他的孩子或许已经与他同岁,有这种可能性吗?
“时间” 其实一直是人类 历史 中永恒的话题,多年来我们能感受到时间的流逝,却 看不见摸不着 ,也 无法定义时间究竟是什么 。所以好奇其他星球的时间流逝是否与我们是相同的,这很正常,下面我们就从科学的角度来聊聊月球上的时间和地球有什么不同的地方。
如果现在问你时间是什么,你会怎么说?大多数人都会回答,是 感觉 。普通人对于时间,就是有着 天生的感知能力 ,你能感受时间在流逝,但其实这与你的 记忆 相关,因为前一秒或者一分钟发生了许多事情,你知道那是过去,所以感觉到了时间的流逝。
但是这种没有理论依据,仅仅 依靠着心理学的感性判断 ,科学家是 不会认可 的,所以在这么多年期间,无数科学家致力于研究“时间”到底是什么?
第一个出现的是 以牛顿物理学定律为基础的热力学时间定义 ,但是这一定义有很明显的纰漏,因为在这个定义当中, 时间没有流向 ,这也就意味着 这里的时间不是从过去到未来的,没有明确的规定 。
在发展到 爱因斯坦 提出了 广义相对论 以后,出现了 宇宙学时间定义 。但是这一观点很悲观,它认为宇宙是没有规律的,处于混乱当中,并且这个混乱会随着时间的推移不断加快,直到到宇宙消亡。人类无力去阻止,因为一切都是无序的,没有规律可言,如今研究宇宙规律的人类科学也毫无用处。
最后就是著名物理学家斯蒂芬·威廉·霍金在《时间简史》中提到的宇宙起源一次大爆炸,将量子力学的概念赋予在时间的身上,认为 时间的终结会是在巨大黑洞形成的那一天 。
哲学上对时间的定义大多遵从了 因果理论 ,像秋天了果实成熟了、下雨了要打伞,诸多因果的行为当中,暗含着时间的流逝, 因是时间的开始的话,那么果就是时间的结束 。
如何时差换算一直是让许多人感到不解的问题,虽然它有着固定的公式,可是在不知道前因后果的情况下确实无法理解。其实地球的时间和它本身的构造和运动方式有着密切的联系,最早时, 我们每天在感受到了日夜的更替之后,知道了是时间在流逝,却不知道是什么原因。
后来,知道了地球一直在进行 公转和自转 , 公转造成了四季的更替,而自转造成了日夜更替 。地球自转的方向是自西向东的,地球自转一周的时间需要23小时56分钟,所以人们将一天的时间划分为24小时制,同时在全球以经线的分布方向划分了 24个时区 。
那么地球永远都是这样24小时的日夜交替,不会改变吗?显然不是的,虽然我们也希望地球永远维持这样的速度,但是 每过去十年,地球的自转周期都会增加或者减少千分之三秒 。并且剧烈的地壳活动,比如说大地震,也会影响到地球的公转时间。在1960年5月21日下午于智利发生的 9.5级大地震 之后,据科学家研究观测, 地球自转周期加快了近一分钟 。
由此可见, 剧烈的地壳运动是会影响到地球自转的 ,那么如果在未来地壳活动不断增加,白昼会非常短暂,那么人类面临的将是 灭顶之灾 。白昼的缩短会使得农作物和植物进行 光合作用 的时间变短,长此以往不仅会出现 粮食危机 ,氧气也会变得愈加稀薄,因为植物光合作用是 氧气 的主要来源。
除了受到自转周期的影响,其实时间还受到多种因素的影响。比如说公转的周期、原子的分裂速度、质子的衰变速度等等。为此科学家们还做了多项实验,去 证明时间是否有决定性 。
霍金认为,在近地球的太空范围,离地球越近,时间就越慢。 那是不是在一定程度上说明了, 地球的时间相较于宇宙的其他星球时间都会慢一些 呢?也就是说月球上面的时间流逝的会比地球上面的快,虽然不会说是一天就是一年,但是确实会快很多?
月球 作为地球的 天然卫星 ,它的 自转周期和公转周期基本一样 ,都是 27.32天 ,并且它的自转方向与地球也是相同的,自西向东转。我们前文有提到说,地球的自转周期是23时56分,而月球是27.32天,可以看出 月球的自转时间差不多是地球的26倍 。如果我们只用自转周期去将月球时间与地球时间做对比的话,未免过于狭隘了。
在解释宇航员是否在月球上度过一天,地球上已经过去27天这件事情之前,我们需要跳脱出一个 思维误区 。地球一个自转周期是24小时,月球则是27天,如果换算成小时的话, 月球自转周期其实是648个小时左右 。
所以科学家在关键数据测量之后明确给出了答复,假如宇航员登上了月球,不论待多久理论上并不会减缓他们衰老的速度。并不会说是呆一天就比地球上的人年轻了一个月,呆12天就年轻了一年。所以虽然 月球的时间流逝速度大于地球 ,可是 宇航员在月球上呆的时间定量其实和地球对等 。
地球的一个日夜只有24小时,可是 月球的一个日夜却有648个小时 ,从另一种角度来看,登上月球之后反而会感觉到时间的流逝变慢了,因为人们总是习惯于用一天的计数去描述时间的流逝, 月球上的一天对于我们人类而言有些过于漫长了 。
说到这里,还可以大胆地提出一个设想,在未来载人登月计划顺利达成的时候,登上月球的人类要如何 重新定义自己的生物钟 呢?平分648个小时,将有324个小时属于漫长的白昼,难道要半个月都不睡觉吗。如果依旧坚持以地球上的日夜划分时间进行活动的话,那么就是 半个月时间劳动,剩下半个月时间睡觉 ,这对于人类的身体机能而言显然是 不合理 的。
所以针对这一特点,以及未来想要建立月球基地的想法。我国在发射嫦娥一号之后进行过这样的数据研究和观察,利用 “微波辐射计” 探测月球地区的 表面物理温度和昼夜温差 ,由于月球并不像地球一样有一层大气的保护,在失去了 大气热传导 的情况下, 聚热快散热也快 ,导致月球的昼夜温差非常大。
种种的研究成果表明,目前月球的昼夜时间长短以及昼夜温差的变化, 并不适宜人类居住 。不过月球基地的建立设想,并不会将人类直接暴露在无大气的环境下,说不定还可以为了符合人类作息,自己制造日照灯,将月球上的648个小时再划分为人类同等的地球时间27天来度过。那样, 宇航员在月球虽然过去了一个日夜,可是生活在月球基地的人们却度过了和地球一样的27个日夜。
未来,我们还有土星计划、火星计划等等,我们将会登上别的星球, 在别的星球之上也建立起人类的基地 ,为了更加方便计划的实施,以及确定我们到达新的星球时 该如何赋予时间新的定义 。
这就必须要去 追溯宇宙的演变, 探索 出宇宙的根本规律 ,也就是所有物理学家渴望建立的 “宇宙大一统概念” ,掌握这一概念后宇宙的一切未知都可以迎刃而解,因为宇宙一切运动都遵从这一规律。
前文提到了时间定义的不断演变更新,如今可信度更高的就是 宇宙大爆炸时间起源说 , 宇宙爆炸时的物质导致了时间的产生 ,这些物质的 不断膨胀又产生了空间 。
并且在霍金提出的黑洞理论,以及对黑洞提出的概念当中,我们可以去推测 黑洞当中的一切或许与宇宙规律呈现相反的情况 。比如说, 宇宙的时间是从过去流向未来,而黑洞则是从未来走向过去 ,现实世界中人类衰老走向了生命的终结,黑洞当中衰老反而是生命的开始。那么如果人类能够设法进入黑洞,再安全地出来,是不是就会返老还童了?
人们总是热衷于时间旅行的话题,现代科学的发展也让我们更多地去关注穿越时间的可能性。但是更多科学的解释告诉我们, 时间旅行自始至终都是一个伪命题 ,相对论证实了如果运动的速度超越了光速,那一刻时间会逆流,也就是说我们可以穿越到过去。但是现在物理学研究当中,认为 光速就是最快的速度 ,所以做怎样的运动才能 超越光速 ?显然是 不太可能 的。
科学界赫赫有名的“祖父悖论”提到,如果你顺利地让时间逆流,穿越回了过去,见到了你的祖父母,并且 在你父母出生之前杀死他们,那么现在的你就不存在了 。如果现在的你不存在了,那么 穿越回过去的那个人又是谁呢? 至今都没有人去给出一个合理的解释,或许人脑的想象还是有极限的。又或许人类大多时候还是只能接受 固有认知 ,并不能接受这种明显相反的理论共存。
探索 月球只是我们的起点,并不是终点 。宇宙的广阔和行星的数量至今我们无法给出一个具体的数值,但是人类永远都怀揣着一颗好奇的心去研究 探索 。今天我们知道了月球上度过一天是多长时间,在将来就会知道,在火星、土星上度过一天又要多长时间。
如今我们明白了 即使登上了月球,也不会延缓衰老 ,人一生的时间还是有限度的。就更加需要去珍惜一分一秒, 虽然生命的时间有长度,可是生命价值的深度却没有限度 。努力过好每一天,让每一分钟都有价值,才是我们该做的事情。
双缝干涉实验,其实就是科学家们用来证明光有波动性的一个实验。微观粒子的形态取决于人的观察,被观察的时候呈现出粒子的状态,不被观察时呈现波的状态,微观粒子就像有“生命”一样可以感觉到人类的存在,因此双缝干涉延迟实验才让很多人感到恐惧。延迟实验很可怕的,不单单是因为观察者效应,更重要的是他所反应出来的是在微观世界里,果能改变因,就像未来能改变过去一样可怕。
本来的观察结果认为光具有波粒二象性,单独发射一个光粒子却可以神奇的自己对自己产生双缝干涉。就是说一颗光粒子却诡异同时通过了两条缝,可是更诡异的是如果这个实验过程被摄像机记录的话那么双缝干涉就不会产生,单独发射的光粒子每次都老老实实的通过对准的那一条缝。若是没有摄像机记录我就同时通过两条缝你说气人不?后来狡猾的人类又想了一个办法。开始先不打开摄像机等光粒子同时穿过两条缝,这时候双缝干涉已经形成再打开摄像机,这次你跑不掉了吧。吓着科学家的事情这时候真正发生了,本来已经产生的双缝干涉突然消失了,光粒子又神奇的变成了只通过一条缝。这简直逆天了,等于说已经发生的事实被摄像机一记录结局突然被改写。时空顺序在这一刻已经错乱,刚刚发生在眼前的 历史 事件结果居然被观察改变掉了,这真的让人无法接受。
20世纪初,物理学界对于光的波动学说和粒子学说已经争论了几百年了,爱因斯坦联合普朗克一起提出了光量子学说,人们开始意识到光同时具有波动性和粒子性的双重性质,也就是说光在传播过程中呈现波的形态,与物质相互作用时呈现粒子形态,这种被称为“波粒二象性”的解释得到了物理学界的一致认同。
后来科学家们利用杨氏双缝实验,在点光源后面放一张拥有两条狭缝的纸,这时候点光源的光穿过狭缝就会变成一串明暗交替的条纹,这便是证明光量子学说的干涉条纹。
在证明光拥有波粒二象性之后科学家利用电子也进行了双缝实验,发现电子等微观粒子同样具有波粒二象性,随着技术的进步,科学家们开始用仪器发射单个电子来进行双缝干涉实验,这时候发生了第一件怪事:单电子双缝实验的结果竟然和之前的电子双缝干涉实验结果完全相同。
之前的电子双缝干涉可以产生明暗交替的条纹,单个电子竟然也能产生干涉条纹,但仪器明明就只发出了一个电子,它能和谁干涉呢?这个结果就像是一个足球同时进了两个球门一样匪夷所思,科学家们下定决心要揭开单个电子干涉条纹的秘密,于是就有了更加匪夷所思甚至恐怖的“双缝干涉延迟实验”。延迟实验的精髓就在于记录电子在穿过双缝后的样子,由于只有单个电子,所以它穿越任何一条缝隙都能被直接看到,因此屏幕上的波态干涉条纹消失了,取而代之的是粒子态的痕迹,而一旦把记录电子轨迹的机器关闭,那么明暗条纹就会马上出现,一旦开启机器明暗条纹就会马上消失。
后来,有科学家突发奇想,我如果把光子一个个发射出去,而不是一次性全撒出去,因为这样光子间就不会再互相影响,从而就不会产生图一的干涉图样呢?但是,试验很快打了他的脸,即便一个一个的发射,干涉图样还是出现了,就好像一个光子可以同时穿过两条缝隙,进而自己对自己产生干涉一样。
当他试图用摄像机去观察粒子的运动轨迹时,这些粒子一个个的就像有智慧一样,仿佛知道有人在看它们的表演,于是它们立刻停止表演,墙上的干涉条纹消失了。梅里有点不敢相信,这不是扯吗?我竟然被小小的粒子耍了。他一开始是拒绝相信的,但是经过无数次的验证,他最终服了。梅里向学界公开了这一让人“毛骨悚然”的新发现:粒子的行为竟然是由人的意识所决定的。
这个实验就是说光具有波粒二象性,当你不观测时,它是波,会产生干涉条纹,当你观测它时,它又变成了粒子,没有干涉条纹!光到底呈现什么特性,取决于你是不是在观测它!实验非常诡异,就仿佛一个个的光子都有意识!知道有人在研究它,不让你深入研究!
我是这样认为的:由于光的速度极快可以穿越时空,因此它在可以同时存在于平行时空中,同时穿越两条缝形成干涉。而一旦进行观察,只能剩余一种穿越方式,其余平行时空消失。因此,意识能够决定平行时空的开启或关闭。空即是色,色即是彩!好比说我现在决定从床上起来,那么我躺在床上的其余平行时空都将被关闭。综上所述,光的干涉,是光的速度能够为我们展示所有平行空间,若加以观测就是我们选定了其中的一个平行空间。一点拙见,欢迎批评!
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如果说宇宙不是完美的,它有BUG(漏洞),你信么?双缝干涉实验似乎一步步地发现了这个宇宙“漏洞"
双缝干涉实验是什么?当我们在水中丢下一块石头,那么水面就会产生波纹,如果同时丢下两块石头,两个水波之间就能够出现交叉的干涉条纹。这就是波能够互相干涉的特征。
双缝干涉实验既在一个光源前放置一个开了两条缝隙的不透明挡板,挡板后面再放置一个能够观测到的背景。当我们打开光源,会看到背景上出现明暗相间的条纹,这就是简单的双缝干涉实验。 这个实验证明了光是一种波! 因为光在穿过两条缝隙后产生只有波特有的干涉,相反的波被抵消,相向的波被增强,导致背景上明暗相间的条纹。(日常生活中主动降噪耳机就是利用了这个原理,用相反的声波抵消了噪音)
下面我们把实验升级一下,光源变得非常小,背景换成高灵敏高分辨的底片。打开光源后,一开始我们看到了无数随机分布的小点,随后这些小点越来越多最终形成明暗相间的条纹!实验升级后证明光是一种粒子并且还具备波的特征 , 也就是光的 波粒二象性 !
双缝干涉延迟实验虽然双缝干涉实验已经让人赞不绝口,不过科学家们还是在这个实验上再次升级。将光源变成一次发射一粒的电子!电子要通过这块挡板只能随机通过两条缝隙。
我们知道,要干涉就必须有对象,没有对象怎么被干涉?然而这一次实验结果出事了,即便单个电子在随机穿过两条缝隙后依然在最后形成了干涉条纹。
这个结果震惊了科学界!为什么单个电子能够自我干涉?难道他还有一个分身?更诡异的是当我们观察电子是通过哪一条缝隙时,干涉条纹消失了。当取消观察时,干涉条纹又神奇的出现了!冥冥中仿佛有一双眼睛窥视着我们,只能让我们看到电子穿越缝隙的路径(粒子特征)或者电子的干涉条纹(波特征)其中之一!
双缝干涉之延迟选择量子擦除看到这里,你也许认为上面的实验会有很多未知的漏洞,我们观察电子时已经打扰了电子的正常运动导致电子属性改变,只是我们没有办法找出这个因素。接下来科学家用更加复杂精密的方法来做双缝实验。将一个光子分离成一对纠缠的光子A和B(纠缠的量子能够无视距离影响对方)
AB分别做双缝干涉实验(互不影响的环境),而B距离感应屏比A远,这样 A会比B要先到达感应屏 。当我们在B实验中放置相机观测到B通过双缝的路径时,A实验的干涉图像消失,显然,纠缠的两个光子是互相影响了,B得不到的波属性A也得不到。接下来,我们通过技术手段把B获得的路径信息擦除,然后A和B都出现了干涉条纹。这里就出现了两个个非常诡异的现象。 测量到光子的路径信息只是"泄露”,没有主管观意识去查看,干涉条纹会消失!把这个路径信息擦除掉,干涉条纹又会出现!
更诡异的是,实验中我们设定从B获得路径信息时,A早就已经到达了感应屏形成了图像!这时候擦除B的路径信息,A感应屏已经"拍好照"的图像会鬼魅般地变成干涉条纹!
让人难以理解的“宇宙程序”很多人一开始认为,观察光子路径就是人类意识干预了实验。不过我们从最后一个实验得知,在延迟选择实验中,测量到的路径信息,你看与不看,宇宙程序它已经认定了你泄露了天机!光子波动属性就被隐藏了!我们得不到干涉图像。如果我们把这个泄露的天机抹除掉,宇宙程序马上修复了光子的波动性,让我们得到了干涉图像。没想到的是,我们人类在实验室上利用量子纠缠钻了个空子,让图像形成之后再得到路径信息。接着我们再去选择是泄露还是擦除,宇宙程序任然按照原来的指令执行了。让已经形成的图像变了回去(曾经不干涉的光子,在曾经又干涉了。这话很绕)?这是不是意味着我们找到了一个宇宙程序的BUG,用现在的决定,改变了过去!还是另有其他原因?我们生存的宇宙,这个看不到边无比真实的世界,难道是一个设定好的“程序”?或者说宇宙这个看似无比完美运行的世界其实还有一些漏洞。如果人类将来利用这些漏洞未来的世界会发展成什么样子?
很多人听过双缝干涉实验后会认为“玄之又玄”,于是有了“遇事不决量子力学”。实际上,量子力学是人类了解宇宙底层逻辑的敲门砖,而双缝干涉实验则是量子力学核心的显现,下面我聊聊双缝干涉实验到底多“诡异”,它揭示了宇宙哪些核心?
薛定谔的猫、上帝掷骰子、平行宇宙哪来的?由于量子太过抽象,因此我们把量子现象过渡薛定谔的猫,再回到双缝干涉实验就容易理解了。这是薛定谔给我们理解量子力学的好例子。
话说啊,有个封闭的盒子里面装一只猫,然后一个量子装置连着毒药瓶,猫的生死取决于量子性质,如果量子发生衰变猫死,反之则没事。换句话说,猫的生死间接表现了量子的性质。实验的问题是猫最后是死的,还是活的?
各路大佬都说出了自己的看法,主流看法有三个:
哥本哈根学派,波尔:这是只 量子猫,它在盒子里的概率是100%的可能性是活的,同时100%可能性是死的,两种状态同时存在,叠加在一起,当你打开盒子一瞬间,猫的生死才会表现出来,生死的结果是随机的。
爱因斯坦、薛定谔:猫50%是死的,50%是活的,我们打开盒子之前它就已经死了,或者还活着,我们打开盒子看到的是结果,而不是诱发结果。
爱因斯坦:波尔,按你的意思是打开盒子时,上帝发现有人要来看结果了,赶紧摇号决定了猫的生死?
波尔:你别管上帝能干什么!
休·埃弗雷特:安静安静,我还没说呢!首先波尔的叠加态我是认同的,但是100%+100%=200%,打开盒子前与打开盒子后应该守恒才对,因此我认为如果打开盒子时猫死了,那么活着的猫应该存在于另外一个世界中——平行宇宙。
爱因斯坦、薛定谔、波尔:你厉害, 我们竟然不知道如何证明你说的是错的!
故事先到这里,看得懂看不懂没关系,先说结果:波尔是对的!而平行宇宙证明不了,最多算假说。在这个故事中有几点很重要:
1. 猫即死又活的状态——叠加态
2.打开盒子意味着观测, 观测会让叠加态随机坍缩为单一状态 。(上帝摇号!)
3.前两点, 打开前与打开后,还隐含了波粒二象性。 (下面再说)
光到底是什么?——双缝干涉的“诡异”接下来我们看双缝干涉,这事要先从牛顿说起,源于一个看似简单,然而谁都答不上来的问题——光是什么东西?
图:牛顿三棱镜实验
牛顿作为当代学霸,为光学做出了不少贡献,比如阳光是由多种光混合而成的三棱镜实验就是他搞出来的。他认为光又能反射,还折射,运动轨迹会改变,就像乒乓球扔墙上会反弹回来,因此它最小的单位应该是粒子。
十九世纪,托马斯·杨反击牛顿,他只干了一件事,让一束光通过了两条小缝,后面有块感应屏。“按照牛顿的说法”这个实验的结果应该是两条条纹,如下面:
实际上却出现了下面的结果:
于是老杨说光就像下面的水波一样,其实波:
通过缝隙的光波变成了两个波,两个波接触干涉,出现和水一样的现象,于是在屏幕上显示出干涉条纹。
这就是双缝干涉实验,但是诡异的事情是量子力学的双缝干涉实验。
好景不长,随着黑体辐射实验,普朗克发现光能量是一份一份不连续的,爱因斯坦发现光电效应,即光与原子作用时是以粒子的形式交换能量的。于是大家重新审视双缝实验,对它进行升级。
既然光是一粒一粒的,那么我们把光子一粒粒通过双缝会发生什么?(实际实验用的是电子,道理是一样的)
大佬们很快地照着两条缝像机关枪一样发射一梭子电子,显示屏上随机出现大量的粒子,但站远点看这些粒子同样组成了干涉条纹。既然是粒子,为何会发生干涉?
于是有人认为一大堆电子在一起挤来挤去的所以发生了干涉,有点像儿童乐园里的海洋球,当你跳进去,海洋球虽然是一粒一粒的,但是会像波一样往向外扩散,于是就有了虽然是粒子但同样会发生干涉。但真的只是这样吗?
图:实验结果
科学家再次做了实验,改成了“手枪式”发射,“啪”打一发电子,电子到达了感应屏,再打下一发,杜绝了两个电子在运动时发生干涉。然而科学家懵了,快点打和慢点打,结果是一样的,屏幕还是出现了波动性,才会出现的干涉条纹,而不是两条条纹!也就是说单个电子发生了干涉,那么它和谁干涉呢?就两个缝,它只能选一个穿过,另一个缝没有电子出来,上哪干涉去?
为了解决了问题,大佬们就在实验中安上了光电探测器“去看它”,看看电子是如何完成干涉的!结果发现电子老老实实的在感应屏上形成了两条条纹。大家:上帝,告诉我发生了什么!
上面的故事已经给了答案:波粒二象性先按不靠谱的平行宇宙理论来解释:你不看时,电子即从A缝过去,又从B缝过去,然后发生了干涉,你可以理解为量子出现了一个分身。如果你去看它,宇宙就分裂了,如果电子从A缝进入,那么平行宇宙中的电子就从B进入,是我们去探测引起了宇宙的分裂,导致处于两个宇宙中的电子(分身)无法形成干涉。
波尔的解释:前半段和平行宇宙一样,电子处于叠加态,这是一个波的状态,但当你去看它,就随机坍缩成了粒子态。
爱因斯坦:无法解释!肯定有什么我们还没弄清楚的,反正上帝是不会摇号的。
图:我们印象中电子在原子中是这样的
图:实际上它是这样的,因此也叫电子云,具有概率性、波动性。
到目前的科学研究成果来看,波尔是对的。量子具有波粒二象性,这是量子力学的核心。一个电子同时具有波与粒子的性质。
当它没有坍缩成粒子时,虽然也是以单个粒子发射,但波的性质也在发挥着作用,当你发单个电子就类似于发射出水波,你发射了一堆电子,其实就是在发射一堆波,这些波都会按着干涉后的结果显示在感应屏上。当你探测电子,它坍缩成单独的粒子性质,所以一堆电子打出去,没有发生干涉,只出现两条条纹。
如果不理解量子的性质就会觉得,我不看出现干涉条纹,我看了却不干涉了,似乎有点“恐怖”,理解了就理所当然了,量子力学是目前人类发现的宇宙最底层的逻辑,它可以解释宇宙起源,大到宇宙的构成,小到组成宇宙最小结构的粒子的形成。
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