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第六章暴胀与粒子物理学家之介入_宇宙起源
暴胀与粒子物理学家之介入_宇宙起源 “毫无疑问，再没有什么像司空见惯的东西那样不自然的了。” 引自《身份案》① 20 世纪 70 年代中期，宇宙学朝一个新的方向发展了。粒子物理学家开始逐渐介入。 1973 年，他们成功地找到了一种关于物质在极端条件下呈现何种行为的理论。先前，他们有关物质行为的思想曾预言，当能量和温度增高时，物质的相互作用应变得越来越强，描述起来也愈来愈复杂。因此，他们对于研究由大…- 15.1k
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第五章奇点_宇宙起源
奇 点_宇宙起源 “异常现象几乎总是可以为你提供线索。可是，一个越是毫无特征、平平常常的罪行，就 越是难以确凿证明它系何人所犯。” 引自《博斯科姆比溪谷秘案》① 膨胀宇宙图景意味着过去必定出现过某种灾变事件。如果我们逆转宇宙的膨胀，并沿着时间回溯，我们看来就会遇到某种“开端”，那时任何东西都会与其他一切东西撞在一起。宇宙中的全部质量都会挤压到某种无限致密的状态中。这种状态称为“初始奇点”，或者，有…- 18k
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相对论的不足之处_奇点天文奥秘
相对论的不足之处_宇宙时间奥秘 现在回到我们的主题：爱因斯坦对解释时间箭头无能为力。这其中的原因，是和因果律的概念密切有关的，这个概念认为，结果决不可以先于其原因。设想在一个给定的参考系中，某一事件——例如说一个击球员在空间某 X 处，在某个给定的时刻击中一个板球，引起晚些时候发 生在空间坐标 Y 处的另一个事件——例如说是板球落到外场员的手里。为了使 Y 处的事件能够发生，一定有信息…- 12.1k
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黑洞，宇宙监察和时间弯曲_奇点天文奥秘
黑洞，宇宙监察和时间弯曲_宇宙时间奥秘 引力的吸引使所有的物质受到拉力，这就使得时间会有一个终端，正像大爆炸的奇点被认为是时间的开始一样。对于质量足够大的恒星，引力可以超过其它使物质相互分离的力，而最终不留情地导致坍缩。引力场然后可能会变得如此之强，使得光都不能够逃逸，并且时间膨胀也会达到这样一个极端，使得时间看上去像停滞了一样。这样的超密天体的极限就称为“黑洞”，它是根据所谓的“事件视界…- 13k
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时间和宇宙的创生_奇点天文奥秘
时间和宇宙的创生_宇宙时间奥秘 虽然有这些困难，我们还是已经相当有把握地了解了一些宇宙的重要特征。在这中间，哈勃（Edwin Hubble）1929 年的发现，即宇宙不是静态的，而是随着时间在膨胀，确实使宇宙学开始成为一门受到尊重的科学。然而，宇宙究竟是注定要永远膨胀下去（开放的宇宙），还是由于所有宇宙物质之间的引力作用的影响足以使宇宙停止膨胀，然后收缩，最后导致“大坍缩”的发生（闭合的宇…- 16.3k
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时间与热力学_奇点天文奥秘
时间与热力学_宇宙时间奥秘 另一种描述，牵涉到科学家所谓的宏观层次。这个层次的现象是我们看得到、尝得到、碰得到和感觉得到的。热力学也就是探讨这个层次。十九世纪，这门学问随着蒸汽动力的出现而问世，布莱克（Black）、卡诺（Carnot）、克劳修斯（Clausius）、玻尔兹曼、吉布斯（Gibbs）等人将它发展；它当时注意的是热机的功能。在一个形式的理论框架之下，热力学列出热和功之间的关系，…- 11k
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时间：牛顿和爱因斯坦_奇点天文奥秘
时间：牛顿和爱因斯坦_宇宙时间奥秘 要是哲学里的时间使人失望，科学里的又如何？十七世纪中叶，惠更斯（Christiaan Huygens）发明成功第一部摆钟，随后“计时”的精度不断提高，逐渐令人觉得自然界是机械性的，是可预言的。时钟技术的发展把时间从人类的事件中解开，使我们更相信独立的科学世界。十七、十八世纪产生的“经典”科学所描绘的宇宙里面，自由意旨和偶发事件都是多余的；那个宇宙从各种观…- 12.1k
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宇宙会终结么,宇宙什么时候终结？
宇宙会终结么,宇宙什么时候终结？ 玛雅人的末日预言曾让很多人感到担忧，直到2012年过去之后末日预言才正式破灭。虽然玛雅人的预言没有灵验，但是能够造成世界末日的因素有很多，人类应该居安思危。除了地球上的因素之外，宇宙中的因素也会导致人类遭遇世界末日，因为地球只是茫茫宇宙中的一颗行星。难道宇宙也有“末日”吗？ 前段时间英国的《皇家天文学会月刊》刊登了一篇由美国科…- 120.5k
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量子论与不可逆性_奇点天文奥秘
量子论与不可逆性_宇宙时间奥秘 至此为止，我们所考虑的是：当我们用牛顿的观点来处理微观层次上的事件时，不可逆性会以何种形式登上舞台。可是近代的证据（第四章讨论过）是说：要正确地描述微观物质，必须运用量子力学的语言， 尽管这样做有许多困难。因此，我们应该设法把不可逆性的讨论建筑在量子理论上。这样做和用经典理论有许多相似之处。 在量子力学中，一个系统的状态由波函数描述，而对于嵌置其中的…- 12.8k
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第九章未结束的探索_奇点天文奥秘
第九章未结束的探索_宇宙时间奥秘 在我们试图建立时间之箭的努力中，仍然存在有许多问题。很多问题的解取决于高深的数学，然而还是为大胆的洞察和直觉留下了余地，它们可能会导致今天几乎没有想象到的新的概念。 我们已经为这不可逆佯谬苦恼了一百多年：所谓的“基本”理论在区别过去和将来中遭到失败。诚然，这些可逆的理论给了我们对于世界的强大洞察力，但就是对于这同一个世界，死亡和腐烂在提醒我们，…- 16.4k
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最强的背景噪声来源于银河系中心
射电天文学通过电磁波频谱以无线电频率研究天体，其技术与光学相似，但由于射电望远镜观测的波长较长，所以更为巨大。无线电波能够穿透地球的大气层，使我们能够从地球表面观测它们，比如利用阿塔卡马大型毫米波/亚毫米波阵列。然而，X射线不能穿透地球的大气层，因此必须从太空或非常高的高度进行观测。直到20世纪60年代，才出现第一个对太阳系外X射线源进行观测的太空计划。 像eROSITA这样的…- 118.2k
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科学家解开维度之谜,颠覆人们的三观
寻找地外生命，是科学界一直以来的使命。可惜天意弄人，数十年时间过去了，无论付出多大的努力，结果无一例外，都是竹篮打水一场空，连地外生物的影子都看不见。难道地外生命只是人类臆想出来的一种产物？- 109.1k
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人类处于模拟世界中?
20世纪60年代，随着航天科技的不断发展，人类推开了梦寐以求的宇宙大门，体会到了宇宙的浩渺无边。 然而，随着对宇宙探索的不断深入，宇宙的浩瀚仍然一遍遍刷新和颠覆着人们的认知，甚至时至今日我们也没能弄清楚宇宙真正的大小。 那星光照射不到的地方仿佛隐藏着一个庞大的未知生物，随着黑暗幕布的褪去，它正逐渐展现那让人心颤的古老气息。 在叹…- 128.2k
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时间的问题_奇点天文奥秘
时间的问题_宇宙时间奥秘 在我们寻找时间之箭的过程中，我们调查了现代科学中所有的主要学说。我们看到，牛顿力学、爱因斯坦力学、量子力学这些所谓“基本”理论，都否定了时间具有方向。我们看到，决定论和因果论与这些理论的可逆性紧密相联。爱因斯坦建造他十分成功的引力的几何描述，动机其实就是出于他对因果关系的第一位置持有根深蒂固的信仰。可是在这种决定性的理论中，时间被降到次要地位：不管时间朝哪个方向走…- 14.4k
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跳动的心脏_奇点天文奥秘
跳动的心脏_宇宙时间奥秘 形态起源是不可逆演化的一个极好例子，但它对我们心理起的作用远不及那台最了不起的生物钟——心脏。人的心脏一分钟跳动七十次左右，一年四千万次，一生总共三十亿次上下。这台充满活力的发动机，它所有的各种规则的节拍，都来自于不可逆过程。心脏不仅是生命的象征，它同时也是生命的一个共同极限：所有哺乳动物小如老鼠，大如海鲸，一生中心跳总数似乎都差不多，约二十亿次。 心脏演化的…- 17.2k
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宇宙学的时间箭头_奇点天文奥秘
宇宙学的时间箭头_宇宙时间奥秘 我们已经看到，第二定律如何意味着宇宙的热寂，也就是宇宙最后演化到一种彻底无序的状态。这种看法和宇宙学家们的看法是否一致呢？ 在前面几章里，我们已经简略地谈到过时间和宇宙的起源。我们知道宇宙是在膨胀的，而且我们可以预言它的两种可能的极端命运：继续膨胀直到热寂（虽然也有人推测，如我们将在第八章看到的，即使在这样的条件下，也会出现一个恢复了活力的宇宙）；或者是…- 16k
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宇宙免费午餐_奇点天文奥秘
宇宙免费午餐_宇宙时间奥秘 我们回忆一下，由于存在无法避免的、棘手的奇点问题，用西亚玛的话来说，广义相对论“本身包含了自我毁灭的种子”。虽然如我们刚刚提到过的，至今还没有一个可以令人满意的量子引力理论，但是在过 去的十年左右的时间里，现代宇宙学家们已经开始思索，量子论如何可以使爱因斯坦相对论中令人不快之处得以改善。 量子论和相对论的特殊熔合所产生的量子引力理论，导致了一些关于宇宙和…- 14.3k
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沸腾的真空_奇点天文奥秘
沸腾的真空_宇宙时间奥秘 如我们已经看到的，海森伯测不准原理影响到时间的测量。在一个给定的时间间隔之内，我们所能够测量的能量的精度有一个限制。精确测定一个原子处在一个特定量子态时的能量，是要以处于这个态上的时间之相当大的不确定性作为代价。 下一节中我们会看到，一些宇宙学家相信，可以从这种不确定性中生出一个完整的宇宙。不确定性关系使得能量不能无中生有这个观念可以被违反。在经典物理学中，能…- 18.7k
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整个宇宙有多重？至少2600万亿亿亿倍太阳质量！
宇宙这么大，包含了数不胜数的行星、星云、恒星、黑洞等物质。仅在我们的银河系中，就有2000亿颗以上的恒星、行星，整个银河系重达太阳的1万亿倍。那么，整个宇宙究竟有多重呢？ 为了知道宇宙有多重，首先要知道宇宙有多大。根据宇宙大爆炸理论，我们的宇宙在138亿年前诞生于一个无穷小的奇点。宇宙形成后，空间快速膨胀，甚至超过了光速，使得目前的宇宙范围变得非常大。 目…- 14.5k
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宇宙的颜色是黑的？别被它的表面骗了
抬头仰望天空，不仅有温暖的太阳，蓝色的天空也尽收眼底，这让人不禁疑惑，蓝色的天空会是宇宙的颜色吗？宇宙神秘莫测，迄今为止人类对它的了解只是九牛一毛。历年来，人类对宇宙的探索从未间歇过，事实上蓝色的天空并非宇宙真正的颜色，就连天空也不是蓝色的，它是被太阳光照射到大气层后，散射作用产生的颜色。 当夜幕降临时，太阳下山，它的光线完全被遮挡住了，只剩下令人窒息的漆黑，其实这才是宇宙真正的颜色…- 10.9k
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宇宙会坍缩成奇点吗？
宇宙会坍缩成奇点吗？ 答案如果是肯定的话，宇宙或许会一直处于一个永无止境的大反弹循环中；在这个循环中，所有物质都通过大爆炸，从一个奇点冒出来，接着是大挤压，将所有的物质再次吞没，恢复到宇宙刚诞生时那个无比致密的状态。宇宙不断地重复大爆炸和大挤压的过程。 然而，这些理论从未在数学上真正解决宇宙是否处于循环的问题。换言之，宇宙也可能只有一个开端和一个结局。不过最近，一组理论物理学家利用所谓的弦理论，试…- 14.5k
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