66662周前
期视频 我们讲一个超级硬核的问题 物质是怎么来的? 大家有没有思考过 我们脚下的地板 身体里的细胞 包括宇宙中的星星和黑洞 这些物质最初是从哪儿冒出来的? 在上条影片中我们讲到 前沿量子场论的视角下 宇宙根本不是由一个个 “实体小球”组成的 像比如说电子、夸克 这些组成物质的基本粒子 其实只是对应量子场的一种激发 就像在宇宙这张看不见 摸不着的床单上 鼓起了一个“泡” 这个“泡” 并不是真正的东西 “正在发生的事件” 是某个量子场 在某个时空点上发生的波动 而我们平常说的微观粒子 就是这种波动的表现 于是有观众就问了 那在宇宙这些床单上 “泡泡们”是谁戳出来的? 这些粒子 为什么就可以凭空出现和消失? 就类似于我们在水面上看到一个涟漪 那么问题是 这个水面本身是从哪里来的 然后这个涟漪又是怎么生出来的? 还是水自己在动? 这些疑问其实不算抬杠 而是现代物理学的核心问题之一 物质是怎么来的? 到底是怎么来的? 而它的答案 其实已经藏在现代物理的 核心理论和公式里 接下来我们介绍一下 目前最前沿的主流物理学理论 是怎么解释这件事的 假如现在世界上 什么物质都没有的话 大家首先会想到的一个词 可能就是真空 既然我们要搞清楚 物质到底是怎么来的 其实就要搞清楚一个看似简单 但非常关键的问题 真空到底是什么? 真空并不空这个概念 但是具体怎么回事 可能就说不上来了 在我们日常生活中的宏观视角下 我们通常的理解是 真空意思就是什么都没有 就像外太空那样 甚至没有光 一片寂静、彻底空无 就是一种彻底的 空 但是 如果我们换一个视角的话 一切完全不一样了 真空中量子涨落三维可视化 真空不仅不是“空的” 而且是最活跃 最不可思议的状态之一 宇宙中并不存在一个真正彻底空无 什么都没有的“绝对真空” 这个惊人的发现 最早可以追溯到量子力学奠基人之一 维尔纳·海森堡 他提出了一个著名的原理 叫做不确定性原理 这个原理最经典的版本是说 你越想精准地知道一个粒子的位置 它的动量(速度)就越不确定 但其实 这个原理还有一个更少被提起的 “隐藏版本” 能量-时间不确定性原理 公式大概是这样 ΔE·Δt ≥ ℏ 或 ℏ/2(估算级别) 就是说 在一段非常非常短的时间内 能量也可以 “短暂地偏离”它本来应该有的值 更通俗的讲就是 就算是在完全空无一物的空间里 也可能会在极短的时间内 “冒出一团能量”
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物质比反物质多十亿分之二造就宇宙,反物质究竟是啥? 家人们谁懂啊!🤯 我们能活着、能刷到这篇笔记,全靠宇宙138亿年前的一次“微小偏心”——就多了十亿分之二的物质,居然就拼出了整个宇宙和你我! 今天就用唠嗑的方式扒一扒:让科学家魂牵梦绕、堪称“宇宙BUG级存在”的反物质,到底是个啥玩意儿? 先给大家整明白一个核心知识点:反物质和我们平时接触的物质,就是宇宙里的“欢喜冤家”💑 见面就抱在一起“同归于尽”,直接化成能量炸掉! 回溯到宇宙大爆炸那会儿,本来能量转化出的物质和反物质是1:1完美配对的,按道理说它们碰一碰就该全没了,宇宙直接变成“空无一物”的寂寞空间… 结果!不知道宇宙爸爸是不是打了个喷嚏😤 物质居然比反物质多了一丢丢——十亿分之二!就这一点点“漏网之鱼”,慢慢攒成了星星、地球、奶茶、火锅…还有正在刷手机的你! 可能有人要问了:这看不见摸不着的反物质,咱是咋发现的啊? 这就得夸夸英国那位“预言家”物理学家狄拉克了📜 1930年他靠理论推导,直接预言了“正电子”(也就是电子的反物质)的存在。两年后有人在宇宙射线里找到了它,刚开始还认错成别的粒子,主打一个“灯下黑”😂 简单说:反物质就是“反粒子版物质”!比如电子带负电,它的反物质正电子就带正电;中子不带电,但它是反夸克拼的,照样是反物质大家庭的一员~ 要是反粒子凑一起,还能组成反原子、反分子,甚至反水、反空气!不过这只存在于理论里——毕竟反物质碰着普通物质就湮灭,想保存它比哄好生气的对象还难😩 重点来了!反物质的威力有多恐怖?💥 按质能方程E=mc²算,它和物质湮灭时,能把所有质量全变成能量,比核反应猛多了! 当年广岛原子弹才1克质量亏损,就炸得惊天动地;要是有一斤反物质泄露,后果直接不敢想…堪称“宇宙级危险品”! 现在最让科学家头秃的问题来了:宇宙为啥偏偏多了十亿分之二的物质?这一点点偏差到底是怎么来的?🤔 是宇宙的“小失误”,还是有我们没发现的神秘力量在操控?评论区聊聊你的脑洞!觉得神奇的宝子别忘了点赞收藏,下次再给大家扒更多宇宙冷知识~#科普
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为什么物质比反物质多?大约 138 亿年前,宇宙大爆炸诞生时,应该产生了等量的物质和反物质,这两种完全相反的物质接触后会相互湮灭,只留下纯粹的能量。但显然,这种情况并没有发生。我们整个宇宙的存在都依赖于这样一个事实:每十亿个反物质粒子中,就存在十亿零一个物质粒子。正是这微小的不平衡,使得从恒星、星系到你我,一切皆有可能。物理学家将这种神秘现象称为重子不对称性,它至今仍是宇宙学中最伟大的谜题之一。根据粒子物理学的标准模型,物质和反物质除了电荷之外,其行为应该完全相同。然而,诸如欧洲核子研究中心(CERN)进行的实验揭示了这种对称性的细微违背,即CP违背,在这种违背中,物质和反物质的衰变方式略有不同。这些微小的差异或许可以解释为什么物质最终占据了主导地位。一些科学家认为,在大爆炸之后,量子涨落和涉及重中微子或希格斯场的过程使天平向物质倾斜。另一些人则认为宇宙经历了不对称的相变,在最初的万亿分之一秒内“冻结”了少量过剩的物质。包括寻找无中微子双β衰变和研究宇宙背景辐射在内的新实验,旨在揭示这种不平衡究竟是如何开始的。在此之前,我们看到的每一个原子都证明了一次宇宙意外,在这次意外中,物质取得了胜利,而反物质几乎消失了。#知识科普 #不可思议 #天文 #探索宇宙 #宇宙
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66662周前
你身体里有一个比地球还古老的东西,它在46亿年前地球诞生之前就存在了,在太阳燃烧之前就存在了,甚至在银河系形成之前就存在了,它就是你血液里的氢原子。这些原子是138亿年前宇宙大爆炸后头3分钟被创造出来的,换句话说,你身体的一部分比所有恒星都要老。 但这里有一个让物理学家睡不着觉的问题,这些原子包括整个宇宙是从哪来的?答案会让你头皮发麻,他们来自"无",不是空旷,不是黑暗,而是连空和黑都不存在的绝对虚无。没有空间,没有时间,没有物质,甚至连没有本身都没有。 你现在闭上眼想象的那个漆黑画面,不好意思,那已经是有了,真正的无是人类大脑的禁区,想一秒就会宕机。但最诡异的事情来了,就是这个彻底的绝对的不可想象的"无",在某个根本不存在的瞬间,自己把自己炸了。没有导火索,没有外力,没有任何原因。 物理学家算出了一个让人脊背发凉的结论,无是不稳定的,它会自发的变成有,这意味着什么?意味着宇宙的诞生不是奇迹,而是必然。为什么无是不稳定的?这里面藏着一个你可能从没听过的物理学原理。 • 先教你一个概念海森堡不确定性原理,名字很吓人,但原理很简单。在微观世界里,你不可能同时精确知道一个粒子的位置和速度,你越想锁定它在哪,就越不知道它往哪跑,你越想知道它多快,就越找不到它在哪。这不是仪器不够精密的问题,这是宇宙的底层规则。就像你追踪一只蚊子,你要么能看清它在哪,要么能感觉它飞多快,但你不可能两个同时知道,得很精确。 • 记住这个原理,接下来的内容会让你恍然大悟。这个原理还有一个推论,你也不可能同时精确知道一个地方的能量和时间,这意味着什么?意味着如果时间足够短,能量可以凭空出现,不是变魔术,是物理定律允许的。只要这个能量存在的时间足够短,短到宇宙还来不及发现它违规了,它就可以合法存在。就像你从银行账户里偷偷转出100万,但在银行系统刷新之前又转回去了,账面上看,你从没动过这笔钱。这就是科学家说的量子涨落。 • 这怎么理解?你看过电影吧,电影是一帧一帧画面组成的,第一帧之前不是黑屏,是没有这部电影,你不能问第一帧之前演了什么,因为那就是起点,再往前没有内容了。宇宙的大爆炸就是时间的第一帧,问第一帧之前就像问一的前面是几,如果规定一就是起点,就没有前面。霍金用了一个更妙的比方,问宇宙之前是什么,就像站在南极点问再往南是哪,南极就是最南端了,再往南南这个方向就消失了。时间的起点就是宇宙的
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66662周前
外一种大胆的设想则认为暗物质可能根本不是普通意义上的粒子,而是大量原初形成的小黑洞。在宇宙极早期高能环境下诞生并在漫长时间中幸存下来。暗物质不仅影响星系本身,还会在星系之间的相互作用中扮演重要角色。例如两座星系相互接近乃至碰撞时,它们各自的暗晕也会发生重叠与合并,对最终形成的星系结构产生深远影响。 在星系团中暗物质晕更是为群体运动提供了额外的引力胶水。没有这层看不见的外壳,星系团会松散得多,很可能根本无法保持现在的形态。也有少数学者干脆质疑暗物质这个概念本身,转而提出也许不是有额外看不见的物质,而是我们对引力定律的理解不完整。 这类理论中最有名的之一是修正牛顿动力学,它认为在非常大尺度上引力的行为会发生偏离,我们平常熟悉的公式只能在较小尺度上适用。虽然这些理论很有创意,但到目前为止它们还没有像暗物质假说那样在各种观测上同时取得好效果。 为了寻找暗物质的真相,物理学家调动了几乎所有能想到的手段,从地下深处的粒子探测器、太空中的高能望远镜乃至大型强子对撞机等高能加速器都在寻找暗物质粒子的蛛丝马迹。与此同时天文学家通过精细研究恒星星系和星系团的运动与分布,试图通过间接证据进一步锁定暗物质的性质。 每一次新的观测数据似乎都让我们对暗物质多了解了一点点,同时也提醒我们自己所不知道的东西仍然浩如烟海。暗物质在早期宇宙中的作用依旧是现代宇宙学中最迷人的悬案之一。环顾四周,从恒星行星到你我本身都是由物质构成的。可从理论上看物质的存在本身就很诡异。 按照我们对物理定律的理解,大爆炸本应产生数量相等的物质和反物质。当物质和反物质相遇时会彼此湮灭转化为纯能量。如果当初二者真的完全对等,宇宙最终只会剩下一片光的海洋,而不会有原子,不会有星系,更不会有生命。偏偏现实是物质赢了。这种物质多反物质少的现象叫做重子不对称。 这里的重子指的是像质子、中子这样的粒子,它们是普通物质的基本组成部分。与之相对的反粒子如反质子、反中子质量相同,但电荷相反。按最朴素的想法,大爆炸应该公平对待质子与反质子、中子与反中子各来一半。但是如今宇宙几乎完全被物质占据,说明在宇宙早期的某个阶段发生了某种打破平衡的过程。为解释这一不平衡, 科学家提出了多个假说,其中最关键的一个概念叫做CP破坏。C代表电荷共轭,对应粒子和反粒子的互换。P代表宇称,可以简单理解为镜像翻转。在很多物理过程中,如果把粒子换成反粒子,再把空间坐标左
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66662周前
你知道宇宙有那些未解之谜吗?从最小的微观粒子到跨越数十亿光年的庞大宇宙结构,人类对宇宙依然知之甚少。宇宙最初是怎样诞生的?在这片看似无边无际的宇宙海洋中,我们是否孤独?这些问题像一个个未解之谜,既困扰科学家,也不断激励我们向更深更远的宇宙进发,去追寻关于存在的真相。 大家好,我是宇宙悖论。今晚我们来探索宇宙系列,看看为什么有物质没有反物质,常数会不会在变,宇宙是不是有意识,每一个问题都直戳认知底线。故事很长,我们先到梦里讲。 在宇宙诞生后的极早期,有一段极其特殊的时期叫做宇宙暴涨。这个阶段不是普通的膨胀,而是一场几乎难以想象的急速膨胀。理论认为,在极短的时间里,宇宙从比原子还小的尺度膨胀到比银河系还大的尺度,这一切只发生在极微小的一瞬间。这种暴涨被认为紧接着大爆炸之后发生,为后来的一切宇宙演化奠定了初始舞台。 宇宙暴涨理论的提出主要是为了解释几个宇宙学中的大难题。例如,为什么当我们从极大尺度去看宇宙时,它显得如此均匀?各项同性为什么相隔极其遥远、互相之间来不及进行光信号交流的宇宙区域却拥有几乎相同的温度和物理性质?暴涨给出了一种看起来很优雅的答案。 在暴涨之前,整个可见宇宙曾经被压缩在一个彼此靠的非常近的区域里,能量和温度有足够时间抹平差异。随后暴涨突然把这块原本紧挨在一起的区域飞快拉伸开。于是今天我们看到的那些相隔极远的宇宙部分其实曾经是邻居。标准的暴涨图景很有说服力,却不是唯一的理论版本。 很多人听说过宇宙暴涨的基本概念,但在理论物理学内部还有不少进阶版本试图突破我们对宇宙起源的既有理解。其中最著名也最具争议的一个分支就是永恒暴涨。永恒暴涨把快速膨胀这个概念推向极端。在这种模型中,暴涨并不会在整个宇宙里同时结束,而是在不同区域分片停止,某些区域里的暴涨过程停下来形成类似我们生活的这种正常空间泡泡。而其它区域则继续以暴涨的形式向外扩张。暴涨停止的地方就像在巨大的宇宙海洋中形成了一个个气泡宇宙。在这些气泡中星系、恒星、行星才能形成,生命也才可能出现。 而在更大尺度上其它区域仍旧在暴涨,继续诞生新的气泡宇宙。这种图景勾勒出一个多重宇宙的画面,每一个泡泡都是一个宇宙,里面可能拥有完全不同的物理常数和物理定律。在我们这个泡泡里各种常数刚好适合星系、恒星和生命的存在。 而在其它泡泡中规则也许完全不同,有的宇宙或许充满奇异的物质形态,有的则可能根本不适合任何形式的生命。如果暴
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