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平行宇宙
混乱的膨胀理论和平行宇宙
想像一个宇宙在在随机的空间和时间上自发的破裂,一个短暂膨胀的宇宙产生了。
大多数膨胀的时间都很短,但是因为这个过程是随机的,最终将有一个气泡膨胀的持续膨胀的时间很长,创造了我们的宇宙。
它的逻辑理论是:
膨胀是持续和永恒的,大爆炸始终在发生,一些宇宙从其他宇宙萌生出来。
在这个图景中,宇宙可以萌芽产生其他宇宙,创建“多元宇宙”。
在这个理论中,自发破裂可以在我们宇宙内任何地方发生,从我们宇宙一个完整的宇宙。
这也意味着我们的宇宙也许是从早先的宇宙萌发的。
在这个混乱的膨胀模式中,多元宇宙是永恒的,即使单个宇宙不是这样,有的宇宙的奥米伽值可能很大,大爆炸中就立即挤压破碎,有些宇宙的奥米伽值可能很小,将永远膨胀,最终,多元宇宙被那些巨量膨胀的宇宙所支配。
空间入口和时间旅行
广义相对论像一匹特洛伊木马。
表面这个理论很宏伟,只要几个简单的假定就能得到宇宙的一般特点,包括光线的弯曲和大爆炸本身,所有这些都已经测量,精度令人吃惊,如果在早期宇宙中人为插入一个宇宙常数。
甚至膨胀问题也能得到解释。
但是我们发现各种魔鬼和妖精潜伏在木马内部,包括黑洞、白洞、虫洞,甚至意义完全不同的时间机器。
他们是广义相对论的一个完整部分,在面临打冻结时,他们甚至能提供解救智能生命的途径。
在这些奇异之物中,大概最奇怪的是平行宇宙的可能性和连接平行宇宙的通道。
按照莎士比亚所做的比喻,整个世界是一个舞台,那么广义相对论允许有地板门存在的可能。
然而,这些地板门不是引领我们进入地下室,而是进入和原来舞台一样的平行舞台。
想象生活的舞台是有多层舞台构成的,一个舞台在另一个舞台的头顶。
在每个舞台上,演员念着他们的台词,在舞台上走来走去,以为他们的舞台是唯一的舞台,不知到还有其他舞台存在的可能性。
然而,如果有一位演员落入地板门,他将发现他掉入一个全新的舞台,在这个舞台上有新的法律、新的规则和新的剧本,
黑洞
1783年英国天文学家黑洞问题的提出:
如果一颗星星变得如此之大,以致光线也不能逃离,将会发生什么。
我们知道任何物体有一个“逃逸速度”,既克服它的重力引力速度,我们猜想:
如果一颗星星的质量变得非常大,以至于它的逃逸速度等于光速会发生什么,如果重力是如此巨大,什么也跑不出去,连光也跑不出去,因此这个物体从外部世界看是黑的。
因此它是看不见的,所以要在空间中找到这样一个物体从某种意义上说不可能。
当你乘坐火箭船接近黑洞时,你会看到几十亿年前被黑洞捕捉的光线,回到黑洞开始产生的时候。
换句话说:
黑洞的生命史将展现在你面前,当你离得更近时,重力会逐渐将你身体原子撕裂开,直到你身体的原子核也被拉成意大利面条的样子。
穿越事件穹界是一条不归之路,因为重力是如此强烈,你最终将被吸到黑洞的中心,被挤压压碎。
一旦到了事件穹界内部,就再也没有机会返回。
要离开事件穹界,除非你比光跑得还要快。
这是不可能的。
奥本海默指出:
黑洞的确能通过其他机制产生。
他们不是假定黑洞来自涡旋的粒子在重力下聚集,他们的出发点是一颗老的、大质量的星星,用完了它的核燃料,因此在重力作用下内向爆裂。
例如,一颗正在死亡的质量为太阳40倍的巨星,可能耗尽了核燃料,被压缩到80英里的史瓦西半径范围内,最终瓦解形成黑洞。
他们认为不仅是可能的,也许还是星系中几十亿颗正在死而亡的巨星的终点。
观察黑洞
因为黑洞本身是看不见的,天文学家不得不利用间接地方法验证他们的存在。
在照片上,他们设法识别黑洞周围的旋涡气体的“吸积盘”。
天文学家现已收集这些吸积盘的美丽照片。
(这些盘几乎普遍地是在宇宙中快速旋转的物体中发现的。
甚至我们的太阳是在45亿年前形成时它的周围也有一个类似的盘,后来这个盘浓缩成行星)。
以鉴别出两种类型的黑洞。
第一种是恒星黑洞,在恒星黑洞中重力将把正在死亡的星星压垮,直至发生内向爆裂。
然而第二种黑洞更容易察觉,这些是星系黑洞,他们潜伏在巨大星系和类星体的正中心,比太阳质量大100万倍到几十亿倍。
范﹒斯托库姆的时间机器
爱因斯坦的理论将空间和时间连接成一个不可分割的整体。
结果。
任何连接两个远距离的虫洞也能够连接时间上两个相距很远的点,换句话说,爱因斯坦的理论提供了时间旅行的可能性。
几个世纪以来,时间概念本身在发生演变。
对牛顿来说,时间像一支箭,一旦飞出去就绝不会改变路程,他将正确和均匀到达目标。
后来爱因斯坦引入了弯曲空间的概念,这样时间就更像一条河,当它在宇宙间漫游时逐渐加快或减慢。
但是爱因斯坦担心时间这条河也许有倒流的可能性。
大概在时间这条河中也有漩涡和分叉。
1937年,范﹒斯托库姆发现了爱因斯坦方程的一个解,允许时间旅行,从而发现了时间倒流的可能性。
他从一个无限旋转的圆柱体开始。
尽管构建一个无限大的物体实际上不可能,他计算出如果这个圆柱体已接近光的速度旋转,它就会带动时空结构与他一起转动,就像搅拌机的叶片带动蜜糖旋转一样。
(这叫做“框架带动”,现在在旋转黑洞的详细照片中已实际看到它)
任何勇敢地围绕圆柱体旅行的人都会被带动,得到巨大的速度。
事实上,从远处的观察者看,这个人的速度好像超越了光速。
超空间的问题
想象一池浅水中鱼紧贴着荷叶下面游动的情景,把它们的宇宙”想象成只有两个维度。
我们的三维可能就超出了他们的体验。
但是可以有一种方法使它们察觉第三个维度的存在。
如果下雨了,他们可以清楚的看到水波形成的影子沿着池塘的水面蔓延开去。
与此类似,虽然我们看不见第五维度,但第五维度中的波纹,在我们看来就是光。
,虽然我们看不见第五维度,但第五维度中的波纹,在我们看来就是光。
,虽然我们看不见第五维度,但第五维度中的波纹,在我们看来就是光。
根据弦理论,宇宙原来是10维的,所有的力都有弦来统一的。
然而10维超空间是不稳定的,于是10个维度中有6个开始卷曲在一个小球中,而其余的四个维度则随着大爆炸四外扩散开去。
我们看不见其他维度的原因,是因为他们比原子小得多,因此,没有什么东西能够进入里面。
(事实走近了看,发现他们原来有二维表面,或者说是管型的,只是由于这第二维从远处看是缩起来的,因此是看不见。
)
宇宙是一个计算机程序吗
所有的物理现实都可以降解为纯信息。
难道整个宇宙会是一个计算机程序吗?
我们有可能只是一张宇宙cd光盘上的二进制数位吗?
设计者宇宙
今天科学家说地球生活在离开太阳一定距离的“金凤花区域中”,正好使液态水这种万能溶剂的存在,以便能进行能产生生命的化学反应。
如果地球离得太阳远些,它可能变得像火星一样,是一片冰封沙漠,冰点温度在那里造成严酷荒凉的地表,水,甚至二氧化氮都通常被冻成固体。
即使在火星土壤下面,人们找到的也是永冻带,一层永久冻结的冰。
如果地球和太阳靠的近些,那么他可能更会像金星,由于他的大气是二氧化氮构成的,所以太阳的能量被金星捉住不放,使温度飙升到500°。
由于这个缘故,在太阳系中平均来看,金星是最热的行星。
硫磺的酸雨、100倍于地球的大气压力、炽热的温度。
所以金星是地狱的星球。
关于宇宙观
今天,我们已经找到了一种有效和精确了解宇宙的方法,我们把这种方法称为科学。
科学已经表明,宇宙是如此的浩瀚和古老,因此人间世事往往显得无足轻重。
随着人类的成长,人类与宇宙疏远了,宇宙似乎与人类的正常生活无关紧要。
可是科学发现,宇宙不但横无际涯、辽阔瑰丽,不但可以为人类所了解,而且,从现实和深远意义说,人类的命运与宇宙息息相关,人类大大小小活动都可以追溯到宇宙及其起源。
几千年来,我们对宇宙及我们在宇宙中所处地位做出来最惊人和出乎意料的发现。
人类对宇宙的探索,回想起来是很令人兴奋的。
这些探索活动提醒我们:
好奇是人类的习性,理解是一种乐趣,知识是生存的先决条件。
因为我们在这个宇宙中只不过是晨空中飞扬的一粒尘埃。
所以,我们认为,人类的未来取决于我们对这个宇宙的了解程度。
宇宙的边疆
宇宙间有千千亿个(10的11次方)星系。
每个星系平均由1000亿个恒星组成。
在所有星系里,行星的数量跟恒星总数大概一样多,即有10的22次方,在这样一个庞大的数量里,难道只有一个普通的恒星-太阳-是被有人居住的行星伴随吗?
……我们回到了我们的后院-离地球1光年的地方。
包围我们太阳的是一群巨大的雪球,这些雪球由冰块、岩石和有机分子组成:
他们就是慧核。
每当恒星经过的时候都会对他们产生一定的引力作用,冰块被蒸发,于是就出现了美丽的彗尾。
我们来到我们星系的行星上。
这些星球相当之大,他们都是太阳的俘获物,由于重力作用,他们被迫做近似圆周的运动。
他们的热量主要来自太阳。
冥王星覆盖着甲烷冰,他唯一的伙伴是他的巨大卫星卡戎。
冥王星是被太阳照亮,因为太阳离他很远,从漆黑的天空中看上去,太阳只不过是一个明亮的光点。
巨大的气体星球海王星、天王星、土星-太阳系的宝石-和木星分别有一个冰冻卫星作伴相随。
在气体行星及冰冻卫星的内侧就是充满岩石的温暖的内太阳系。
例如,在那里有红色行星-火星。
在火星上有高耸的火山、巨大的裂谷、席卷火星的大沙爆,并且,完全可能还有一些初级的生命。
所有太阳系的行星都绕着太阳运转。
太阳是离我们最近的恒星。
他是一个令人恐怖的氢气和氦气的热核反应堆,他的强光照耀着整个太阳系。
我们现在工业文明的主要能源是所谓的矿物燃料。
我们燃烧木材、石油、煤和天然气等,再燃烧的过程中废气(主要是二氧化碳)跑到大气里,结果地球大气层二氧化碳急剧增加。
温室效应显著增大的可能性必须引起我们的注意:
地球的温度即使提高一二度也会引起灾难性的后果。
在燃烧矿物的过程中,我们也把硫酸送到大气里。
跟金星一样,地球平流层的薄雾里现在也有大量的硫酸微滴。
我们的大城市受到有害分子的污染,我们还不知道我们的行为造成的长期后果。
但是我们同时也从相反的意义上干扰地球的气候。
几十万年来人类一直在燃烧和砍伐森林,一直在鼓励动物食用和破坏草地。
农业上的刀耕火种、砍伐热带森林来发展工业、无计划的放牧等,都是今天存在的严重问题。
但是因为森林的颜色比草地深,草地的颜色有比沙漠深,所以大地吸收的阳光正在减少。
因为我们改变了土地使用的目的,我们正在降低我们行星的表面温度。
这个降温的过程会不会扩大极地的冰帽呢?
因为冰帽很明亮,随着冰帽的扩大,它们会不会将更多的阳光从地球上反射回去,从而进一步降低我们行星的温度?
它们会不会使反射率急速增长呢?
我们可爱的行星-地球吧-是我们唯一知道的家。
金星太热,火星又太冷,但地球却不冷不热。
但是我们地球上令人惬意的气候可能不稳定,我们明知故犯,严重的干扰我们这个不幸的星球。
我们是否正在把地球的环境改变成像金星一样的地狱?
像火星那样的冰球?
简单的答案是谁也不知道。
我们才刚刚开始对地球的气候进行研究,才刚刚开始将地球和其他星球进行比较。
在这些领域里,研究资金还很少,人们还舍不得在这方面花钱。
由于我们的无知,我们现在还在推推搡搡,还在污染大气,还在使大地变得光秃透亮。
我们忘记了一个事实,即我们基本上并不懂得我们行为的长期后果。
几百万年以前,当人类在地球上刚刚诞生的时候,地球已经是一个中年的星球了。
从充满灾变和激变得青少年时期到中年时期已经经历了46亿年。
但是我们人类现在代表一个新的、也许是决定性的因素。
我们的智慧和技术是我们有能力影响地球的气候。
我们将如何使用这种能力?
在哪些影响整个人类大家庭问题上,我们是否愿意容忍无知和自满,我们是否把短期利益看得高于地球的福利事业?
或者我们要从长远的观点看问题,关心我们的子孙,了解并保护我们行星的复杂的生命维持系统?
地球是一个微小而脆弱的星球,它需要得到我们的爱护。
生命的起源和进化
生命的起源和进化,在本质上是与星体的起源与演化息息相关的。
首先构成人的物质以及生命活动成为可能的原子,都是很久以前在遥远的红巨星上形成的。
宇宙中发现的化学元素的相对丰度,与恒星中产生的原子的相对丰度极其吻合,因此,我们有理由相信,红巨星和超新星就是炼制物质的锅和灶。
太阳是一个第二代或第三代的星体,太阳中的所有物质以及我们周围所看到的所有物质,都是星际锅灶在前一轮或前两轮的循环中提炼出来的。
其次,地球上还存在着某些重原子,这一事实表明,最太阳系形成开始不久,可能有一颗较近的超新星发生爆炸,这次爆炸不大可能是一次巧合,而可能是由于超新星爆炸所形成的冲击波压缩了星际星尘和尘埃,从而导致了太阳系的凝聚。
第三,太阳出现之后,她的紫外线大量射入地球大气层,它的热度产生了光照,从而激发了导致生命起源的复杂的有机分子。
第四,地球上的生命几乎都离不开阳光。
例如,植物吸收了光子后将太阳能转化为化学能,动物则以植物为养料。
人类的种植活动只不过是利用植物媒介来获取阳光而已。
因此我们可以说,我们每个人都是太阳作为能量来源的。
最后,遗传学上的变异为进化提供了原始材料。
变异是大自然选择新生命的手段,而宇宙射线-超新星爆炸时以近于光的速度射出的高能粒子-则是产生变异的原因之一。
在遥远的大恒星的死亡是地球上生命进化的原动力之一。
在物质的遗传码的形成、寒武纪爆炸或我们祖先进化成两足直立的某些关健阶段,很可能就是由宇宙射线触发的。
当太阳变成红巨星时
内太阳系的命运如何是一个严峻的问题。
但有一点可以肯定,就是行星绝不或被喷发的超新星融化和烤焦。
只有比太阳还大的恒星附近的行星才会遭受这种厄运,因为大恒星温度高、压力大,期和燃料的消耗速度也快,生命周期也比太阳短得多。
在发生异常的核反应之前,一个比太阳大数十倍的恒星将氢转化为氨的过程,做多只能持续几百万年。
因此,几乎可以肯定没有足够的时间让任何一个行星出现高级生命形式的进化。
其他星球的生命也比不可能知道他们的星球会变成超新星。
超新星爆发的主要条件是:
硅聚变成大铁核。
在巨大的压力下,形体内部的自由电子被迫与铁原子核的质子合并。
等量而相反的电荷互相抵消,结果星球内部出现一个巨大的原子核。
原子核所占据的体积比原先电子和铁原子核所占的体积小得多。
星球中心会发生猛烈地爆聚,而其外部则产生回弹现象。
超新星就是这样爆发的。
超新星的亮度可能比该星系中所有其他星球加起来的亮度还要大。
预计在今后几百万年内,猎户星座中所有最近形成的蓝白色超巨星都会变成超新星。
猎户座将出现连续不断的宇宙焰火。
一匙中子星的质量差不多等同于普通的一座山的重量。
因此,如果你让一小块这种物质从手里脱落(你也只能这么做),他会像石头从空中落下那样轻而易举的穿过地球,在地球上钻出一个洞,从地球的另一侧-可能是中国-钻出来。
那里的人们可能正在散步,思考着自己的问题,突然一小块中子星物质从地面冒出来,在空中停留片刻,然后又钻回到地球下面去。
这件事至少可以成为人们那一天的消遣话题。
如果一块中子星物质从附近太空中落下来,当他下落时地球又正好在它下发转动,那么,他就会反复穿越转动的地球,将地球撞个千疮百孔,知道它与地球的摩擦所产生的作用力迫使让停止运动为止。
在中子星物质停止在地心之前,我们的行星内部在就像一块瑞士奶酪一样千疮百孔了,因此只好等地下的岩石流和金属流来愈合这些创伤。
幸运的是,大块的中子星物质从来没有在地球上降落过。
但小块的这种物质则比比皆是。
中子星的这种可怕力量就潜伏在每个原子的原子核中。
也就是说,在每只茶杯中,在每只老鼠身上,在每次呼吸之间,以及在每次呼吸之间,以及在每块苹果馅饼中,都存在着这种力量。
中子星告诫我们,不要轻视最平凡的事物。
从上面我们了解到,向太阳这样的恒星终将结束他的生命而变成红巨星,然后再变成白矮星。
一颗质量比太阳大2倍的恒星坍塌后将变成一颗超新星,然后再变成一颗中子星。
那些更大的恒星(例如在经历超新星阶段后质量比太阳大5倍的恒星)的命运就更加奇特了。
重力会使他们转变成黑洞。
假定我们有一台魔力重力机,就可以通过拨动它的刻度表来控制地球的引力。
开始时将转盘拨到1g(g表示重力加速度),地球上所有东西的行为与我们预料的完全一样,因为地球上的动植物以及所有的建筑都是按1g演化和设计的。
如果重力远远小于1g,所有事物的外形都活变得高而瘦长,动物植物和建筑物都不会因自身的重量而倾倒或粉粹。
如果重力大于1g,动物植物建筑物都会变得粗壮而结实。
但是即使在相当强的重力场中,光仍然是直线传播的。
物体的重量随着重力的减弱而减少,当重力趋近于0时,轻微的动弹就会使我们的朋友漂浮起来,并在空中只翻筋斗;茶或其他液体一但溢出来就会变成空中跳动的圆球,因为这时表面张力超过了重力。
当重力盘恢复到1g时,所有的茶球都会变成茶雨落下来。
当重力盘转到3g或4g时,人人都动弹不得,甚至移动一只脚也是很费力的。
在我们继续将重力盘往上拨之前,我们还是把我们的朋友送出重力机的作用范围为之外为妙在重力还只有几个g的情况下。
光束仍然是直线传播(就我们的分辨能力而言可以说是直线)这与重力场为0的情形没什么两样。
当重力达到1000g时,光束仍然是直的,但树木已经被压瘪。
当重力达到100万g时,石头由于自身的重量而粉粹,没有什么东西能够幸存。
当重力达到10亿g时,更不可思议的事情发生了:
原来笔直射向天空的光束开始弯曲。
在极大的重力加速度下,就是光也受到了影响。
如果把重力在加大的话,光就会逆转而返回我们附近的地面。
此时,任何宇宙中的一切都不复存在,剩下的只是龇牙咧嘴的引力。
当重力达到一定程度时,任何东西,哪怕是光,都不能够从中逃逸出来,这样的地方就叫做黑洞。
黑洞对周围的一切都是冷酷无情的,它是宇宙中的一种怪物。
当密度和重力变得足够大时,黑洞熄灭不见了。
之所以称之谓洞是因为即使是光也无法从中逃逸出来。
由于光线被捕捉在黑洞里,所以黑洞到处都被照的明晃晃的。
虽然从外面看不见黑洞,但是它的重力存在是明显的。
在星际航行中
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