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66662周前
为了证明大爆炸是真实的,他们就需要找到这种光。到了1940年代,一位名叫安德鲁·麦凯勒的天文学家在研究太空中的酒精云时,测量了云周围真空空间的温度,他发现温度是2.3K,“那是什么?”他自己都不知道,当时测量的是大爆炸的余晖。与此同时,稳恒态模型基本上已经死亡了。 大爆炸理论的主要问题是“年龄问题”,它预测宇宙太年轻了,新的数据显示,最初到仙女座星系的距离计算有误,实际上它距离超过250万光年。因此,使用这些新数据,宇宙的年龄被预测为100到200亿年,年龄问题解决了,但要更精确,必须搞清楚宇宙微波背景辐射(CMB)。 巧合的是,阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊无意间测量到一种太空杂音,这实际上就是宇宙微波背景辐射,测量温度为2.7K,他们因此获得了诺贝尔奖,大爆炸理论也得到了最后的证实。 而拍摄来自大爆炸本身的光,没过多久就实现了,20世纪80年代,NASA专门建造了拍摄宇宙微波背景辐射的航天器,到1990年,他们获得了所有需要的数据,并公布了宇宙微波背景辐射的全貌。人类看到了有史以来最完整的宇宙微波背景辐射图像,它证实了科学家们几十年来所怀疑的一件事。 在物理学中,有一种叫做“黑体”的东西,它是一个理想化的物体,能吸收所有的光,100%吸收,所有的能量都应该由这个物体以一种完全可预测的方式重新发射出来,它的光谱应该看起来像这样。根据物体的温度,这个形状可能会改变,但对于黑体来说,总会有一个完美的理论光谱形状。 他们预测,宇宙微波背景辐射应该具有这种完美黑体的特征,而这,就是有史以来观测到的最完美的黑体,以及对宇宙如何诞生的准确描述。 又到了“但是”的环节,大爆炸理论没问题吗?不完全是,还有三个巨大的问题悬而未决。 - 第一个被称为“视界问题”。我们已经以极高的精度绘制了宇宙微波背景辐射图,并测量了整个天空的温差,它几乎是完美的,无论你看向哪里,整个信号几乎都精确地是2.7K。问题是,根本没有足够的时间,让温度从宇宙的一端传递到另一端,让所有东西达到一个完全均匀的温度。 即使以光速传播,宇宙微波背景辐射中来自宇宙两端的两个点,也绝不可能在宇宙微波背景辐射光发射前的38万年内达到热平衡,这实际上需要数万亿年。你可能会认为,如果宇宙从一开始就完全均匀,问题就解决了,但如果真是这样,我们今天就不会看到这种抽象的星系分布。 - 第二个问
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66661天前
绝对零度有多恐怖?原子都被“冻僵”,时间可能失去意义! 你以为冬天零下30度已经冻到刺骨?那是你没见过绝对零度的恐怖——-273.15℃,宇宙理论上的最低温度,没有任何物质能达到,却藏着颠覆认知的物理奇迹! 先搞懂一个关键:温度本质是分子原子的运动速度,温度越高粒子越疯狂,反之越 绝对零度有多恐怖?原子都被“冻僵”,时间可能失去意义! 你以为冬天零下30度已经冻到刺骨?那是你没见过绝对零度的恐怖——-273.15℃,宇宙理论上的最低温度,没有任何物质能达到,却藏着颠覆认知的物理奇迹! 先搞懂一个关键:温度本质是分子原子的运动速度,温度越高粒子越疯狂,反之越安静。而绝对零度的核心,是让所有粒子彻底停止运动,陷入绝对静止的“冰封状态”。 但这只是开始!一旦接近绝对零度,物质会集体“失控”:氧气、氮气会变成淡蓝色的液态,再降温会直接凝结成固态晶体;金属会突然失去电阻,变成零损耗的超导体,电流一旦通入能永远循环;液体则会出现“超流”现象,能无视重力顺着容器壁往上爬,甚至从缝隙中“溜走”。 更恐怖的是微观世界的诡异变化:原子会打破个体界限,凝聚成一团“超级原子”,呈现出波粒二象性的叠加态,就像无数个原子变成了同一个“幽灵”;而根据量子力学,粒子完全静止时,不确定性原理会失效,时间的流逝可能变得毫无意义——这意味着,在绝对零度的环境里,“过去”和“未来”或许会融为一体。 人类目前能做到的极限,是比绝对零度高十亿分之一摄氏度,即便如此,已经能让光变慢、让物质“隐身”。如果真的达到绝对零度,整个宇宙可能都会变成一块没有任何变化的“冰封积木”,所有能量、运动、生命都会彻底消失,只剩下永恒的死寂。 原来最极致的寒冷,不是冻结身体,而是冻结整个宇宙的时间与活力!
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66663周前
真空零点能理论在各种实验中已经得到了证实,最普遍的证据就是卡西米尔效应(在此不作解释,有兴趣的可以查阅资料),许多科学家做过这个实验,验证了真空零点能的存在。由此真空零点能成为科学界没有争议、普遍接受的存在。而大型强子对撞机通过接近光速的粒子对撞,重现了宇宙大爆炸百万分之一秒的状态,验证了大爆炸理论对大爆炸初期高温、高密度夸克胶子汤状态的描述。 那么为啥一个没有湮灭的虚粒子成为奇点就有那么巨大的能量,以至于演化成今天浩瀚的宇宙物质呢?研究发现,真空零点能本底能量异常强大。著名物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒估算零点能的密度高达10^95g/cm³。这是个什么概念?就是宇宙大爆炸刚开始的普朗克时间,宇宙只有一个普朗克尺度时,其密度为10^94g/cm³的10倍。 普朗克时间为10^-43秒,普朗克尺度为1.6×10^-35m,普朗克温度为10^32K。就是说宇宙大爆炸开始后的1000亿亿亿亿分之一秒,宇宙只有1600亿亿亿分之一米,温度为1亿亿亿亿K时,宇宙密度为10^94g/cm³。但真空本底能量1立方厘米就比宇宙初始整体能量大10倍。 而现在一些研究认为可观测宇宙总质量约为10^53g,只有真空零点能1个立方厘米的1/10^42,也就是100亿亿亿亿分之一。由此,这个奇点具有整个宇宙的能量就不奇怪了。至于为什么真空零点能的本底能量有这么大,这是量子力学里面很高深复杂的话题,我们吃瓜群众只要知道这很神奇但真实存在就够了,无需追根究底。 那么宇宙既然是大爆炸诞生,为啥没有中心呢?这个问题许多人迷惑,我解释过很多次还是迷惑。之所以有这个迷惑,是因为许多人都把宇宙爆炸想象成我们周围的事物,如一个爆竹或一个炸弹爆炸了,那个爆竹或炸弹爆炸点不就是中心吗?其实宇宙大爆炸可以想象成一个炸弹爆炸,但又不完全像炸弹这样爆炸,而是膨胀,可以理解为最开始的奇点膨胀成了今天的样子,有点像一个气球(当然是没有吹嘴的气球)或一个篮球。 而所有能量转化出来的物质,如星系和恒星都在球面上,而不是在球里面。这样所有的星系物质就像画在篮球或气球表面的各种图案或星星点点。在一个圆球表面,我们取任意一点向四周看,都是一样的,随着宇宙膨胀,这些星星点点的图案都会相互分得越来越开,但却没有中心,或者说任何一点都是中心。 就比如在地球表面,你说哪里是中心呢?是北京还是纽约,又或者说是巴黎?只有古代帝王
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