聊点科学(2)——宇宙起源

来源: donau 2023-11-03 06:55:13 [] [博客] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读: 次 (36931 bytes)

好像见过一个中文里嘲笑科学界的汉语词,叫,科学教,让我笑出来。科学和宗教的不同,我想是perspective的不同,简单来说,穿在科学的鞋里,看出去的世界是offen的,Alles möglich,有自己的理论,但是也能接受自己错,接受别人的更合理(也许)更接近事实。而宗教的态度呢,是封闭的,坚守一个字,我,我,我,只有我最对,最好,所有的存在都是为了证明,我。

不错,我这里用到的是宗教两个字,不过想特别强调一下的是,我无意抨击任何一种具体的宗教,只是用这两个字指代一种人生态度,处世哲学观。至于我自己,还是那句话,我尊重任何人选择的选择,我尊重你有认为自己对的权力。

这件事说起来很好玩,如果模型化一下,恰恰是到目前为止人们提出来的三种宇宙模型种的两种。

数学描述的话,三种模型最根本的差别是,曲率。

如果我们的宇宙模型是正曲率(图1),也就是球状,导出来的结果是,这个封闭的球,尽管是向外旋转扩张的,但同时也是回缩的,最后终究会回到一个点,即最初最初的Urknall(Big Bang),宇宙的起点,那也将是宇宙的终结。

第二种马鞍形模型,很容易看到它是没有边界的(unendlich),也就是会一直向外扩张,长,长,长,长,长。

第三种,平面模型,同属于无边无界。

问题来了,哪一个模型按我们已有的知识推断,最合理?

2000年4月出现的对Hintergrundstrahlung(background radiation)新的研究结果,终于可以回答这个问题。

上世界70年代,人们已经证实,我们的宇宙中,充满了有完全不同的internal structure微波辐射。也就是说,不同方向的辐射波,强度也不同。将这些波通过波谱分离并投射成一张(颜色)图,然后对图上不同点的距离分析,得到的结果,是我们宇宙空间模型的曲率。

理论讲完(我也不爱讲这些,没兴趣的跳过去好了),结论是,我们生活在一个完全F-L-A-T的宇宙空间(如图三)。也就是说,我们的宇宙会无限扩张(unendlich Ausdehnen-infinitely expanding)。

Cosmic microwave backgrund radiation的发现,归功于Arno Allan Penzias和Robert Wilson两名物理学家,1964年。

那是另外一个科学界的传奇,说起来会很有趣,但是也很长,这里略过。Arno Penzias和Robert Wilson(两个美国人哦),连同Pyotr Kapitsa(俄),分了1978年的诺贝尔物理奖。

这个现象连同一起的理论,支持的是关于宇宙起源的Big Bang Theory,中文翻译成,大爆炸。具体来说,即宇宙的起源是一个点(Urknall),这个点很特殊,包含了时间和空间两个概念。

在这个点以前,既没有时间,也没有空间——在这个点之后,才有了时空和关于时空度量的概念。那这个点以前到底是什么?

什么都没有。

很抽象?我也同意啊。反正物理学界比较认可的观点是,我们到现在,能明白的只有5%。剩下的95%open(所以是出成绩的好机会哦)。

2015年9月14日,人们第一次直接捕捉到引力波,证明了黑洞系统可能有两种星体质量(binary star mass)。星体质量是天文学上一个专有名词,一般来说,用太阳的质量做单位,M(日)会说,那颗星的质量是几个M(日)

这是常见的度量Skalar的用法,总不能用人的体重作标尺,就算几百年前的也不怎么合适,比如问,几个一剑陶三没文化那么重?

那太不科学。

引力波存在的预言?当然是物理界的super star,100年前的爱因斯坦给出的,这也是他广义相对论论文的basic idea,广义相对论将引力解释为时空扭曲的结果。

2015年9月,科学家真正观测到双黑洞在引力波场的碰撞,并最终合二为一。

另一派的理论来了。我们的宇宙,生于黑洞长于黑洞,甚至,我们现在也有可能是在黑洞中存在,我们的universum不是single Universum,而是multi-Universum,嗯,我们有很多neighbour Universium。

哦?!

这一派的掌门,叫Nikodem Poplawski,波兰人,生于1975年,他也被称为,新时代的爱因斯坦。

他(最广为人知)的猜想是,每一个黑洞,都是通往另一个世界的门。我们不过是在某一个黑洞里生活,Urknall?没有这件事。

Urknall理论的起源,也要退回到100年前,比利时人Georges Lemaitre(他拿到1954年的诺贝尔物理奖),他的身份,除了天体物理学家,也是天主教牧师。1927年他观测到银河系的扩张,并通过计算证明了这一点。

结论受到同时代的爱因斯坦的嘲笑。爱因斯坦的原话是,您算的都对,但是,您的物理知识,实在是糟糕的很恐怖啊(Your calculations are correct, but your physics is atrocious)!

Lemaitre把他推算出的宇宙起源点称为,Primeval Atom,这也是the Big Bang Theory的真正起源。

爱因斯坦后来当然承认了自己的错误,对Lemaitre1933年在加州的报告之后带头鼓掌,评价是,This is the most beautiful and satisfactory explanation of creation to which I have ever listened。回忆这段经历,爱因斯坦说,这是我生命中最蠢驴得一件事(他真的用的是donkey这个字)。

是的,敢错。敢认。

The Big Bang Theory最受质疑的一点是,什么叫“在此之前什么都没有”?什么是singularity(奇点)?这只蛋,到底是哪里生出来的?

回到Poplawski的理论。他说,我们的宇宙,产生于一个黑洞,它会聚集能量(物质),进一步生成一个超密度的种子(随时可能explodieren)的核,这颗种子处的时间空间如此变形以至于完全静止。

银河系和黑洞的关系是,共生。

因此,寻找宇宙的源头,变成寻找宇宙中的黑洞。

黑洞很可怕?如同吸尘器,会把周边的东西吸进去?包括我们人类本身?

不是的。黑洞没有“吸”的能力。

简单来说,黑洞可以理解成占空间非常非常小的物质,含有非常非常大的质量,它的特点是,由于引力场的作用,不会有光,或者其他任何信息从黑洞中出来,所有靠近黑洞的物质,将会停留在那里。

黑洞理论也是爱因斯坦的广义相对论的一个推理。

爱因斯坦说,时空由于其中物质和引力场的存在,是可以弯曲的。如果再加其他的物质进来,将会造成这种弯曲下的波动。

而黑洞,由于其质量大到无穷,不仅会形成时空的弯曲,甚至真的会产生一个洞,而光,在试图穿透黑洞的引力场中会失去能量。

按照Poplawski的理论,宇宙中可以生成按大小不同的四类黑洞,从小到不可见,到大到以数十亿M(日)计算。

按照原有的黑洞理论的数学模型,所有的物质将会收敛到一个点(极限),也就是宇宙诞生的奇点(singularity)。作为物理学家,Poplawski不同意的,恰恰是这个singularity的存在,也就是说,他不同意物理上能达到这个奇点。

他的观点是,由于物质在黑洞周围是旋转运动的,这种旋转产生与重力相反的力,它会阻止奇点的出现,换句话说,可以无限接近,但是永远不会达到奇点。

这个现象,被称为Torsion。这种讨论方式,是学数学和学物理经常互相嘲笑的一点,一派说,你看你看,我总能完成的,不就是绣花针?另一派呢,(也许背着手)扯,你永远到不了(我)这个点。

如果一个新的宇宙的出现,Poplawski说,不是因为达到那个奇点,是因为Torsion,近似的理解是,从那个奇点周围绕啊绕的再绕出去,爆发,形成一个新的universe。

如果Poplawski的理论是对的,那么,到目前为止,我们教科书上的理论,就是错的。

这没什么,物理界最前沿的理论,很多时候5,6年就要重新修正一下的。

科学可以自傲的,当然是够open。




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所有跟帖: 

直觉也是可以骄傲一下的。小时候问外婆,怎么知道地球是圆的?她说凭直觉,你想想,如果地球是方的,走到头不就掉下去了吗? -山中百合- 给 山中百合 发送悄悄话 山中百合 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:29:53

直觉和常识是一个人的天赋,与有多大学问没直接关系。 -核桃小丸子- 给 核桃小丸子 发送悄悄话 核桃小丸子 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:15:01

直觉和科学的关系,我想是直觉给出结论,科学来证明那个结论对(或者错当然也有可能) -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:32:22

“可以无限接近,但是永远不会达到奇点”翻译成我的话就是,有可以无限接近无,但永远不会达到无,反之亦然。 -来罘- 给 来罘 发送悄悄话 来罘 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:35:03

就是极限但是不连续的概念呗。我知道 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:33:33

这篇太科学了 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:42:06

科学和大道,讲复杂了,都是“我什么都没说,你也什么都没听到,该干嘛干嘛”。 -陶陶三- 给 陶陶三 发送悄悄话 陶陶三 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:47:57

反正我是一头雾水,那么多字只认识一个名字 -- 爱因斯坦 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 08:07:42

这次跟你站一排,我还以为你比我强点~ -核桃小丸子- 给 核桃小丸子 发送悄悄话 核桃小丸子 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:15:48

我小时候就离开科学了,现在凭毛姑姑吃软饭,虽然号称理科生 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (81 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:35:02

你的态度是对的。将来我们弄一走廊什么都看不上奖。第一个肯定得归你 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:44:09

不要将来了,他现在已经实至名归。 -核桃小丸子- 给 核桃小丸子 发送悄悄话 核桃小丸子 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 10:04:47

就是2个观点1宇宙从一个点产生,single universe。2宇宙从黑洞产生,能从一个化出另一个,multi- -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:49:29

你才大道呢。我是小道。你们的perspective是我我我我我我,你们说的什么都是我的。是subjective那种 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (270 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:42:37

我可没说你的大道有什么错。我说过很多遍我完全接受你说他很对很好宇宙真理天下无敌你喜欢用它intepretation一切 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (81 bytes) () 11/03/2023 postreply 11:27:20

你说得对我是应该分开写不这样全堆上来。这里的每一个点都可以算是科学史上的里程碑。我这样是太潦草了 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:31:25

科普很难写 -FEVRE- 给 FEVRE 发送悄悄话 FEVRE 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:40:54

什么都可以自傲的,当然是够open。 -核桃小丸子- 给 核桃小丸子 发送悄悄话 核桃小丸子 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:17:43

是这样的 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:34:02

恒星演化有三种结局,白矮星(类日恒星)、中子星(太阳8-10倍以上)和黑洞(太阳质量25-30倍左右)。 -JustWorld- 给 JustWorld 发送悄悄话 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 11:29:56

任何超出人类经验范围的理论都具有宗教要素,因信称义,宇宙起源学就是这种 -viBravo5- 给 viBravo5 发送悄悄话 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 12:32:48

多瑙妹妹这一篇有内涵,大大的赞一个! -平等性- 给 平等性 发送悄悄话 平等性 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 16:31:20

多谢平等 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 23:02:25

这一篇太长知识了,希望能看到更多类似大作,谢谢分享 -jinjiaodw- 给 jinjiaodw 发送悄悄话 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 17:48:11

多谢鼓励 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 23:02:04

咱们这个宇宙中,不是有(几乎)无数个黑洞么 -木有文化- 给 木有文化 发送悄悄话 木有文化 的博客首页 (113 bytes) () 11/03/2023 postreply 21:45:18

但是没说出来的是一个黑洞啊也许同时很多个呢 -donau- 给 donau 发送悄悄话 donau 的博客首页 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 23:01:45

好文章,大赞。Lemaitre一直被科学界歧视,2018年才得到了正名,距他去世已经半个世纪。他没得过诺奖 -久经沙场的枪- 给 久经沙场的枪 发送悄悄话 久经沙场的枪 的博客首页 (0 bytes) () 11/04/2023 postreply 16:43:10

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