聊點科學(2)——宇宙起源

好像見過一個中文裏嘲笑科學界的漢語詞,叫,科學教,讓我笑出來。科學和宗教的不同,我想是perspective的不同,簡單來說,穿在科學的鞋裏,看出去的世界是offen的,Alles möglich,有自己的理論,但是也能接受自己錯,接受別人的更合理(也許)更接近事實。而宗教的態度呢,是封閉的,堅守一個字,我,我,我,隻有我最對,最好,所有的存在都是為了證明,我。

不錯,我這裏用到的是宗教兩個字,不過想特別強調一下的是,我無意抨擊任何一種具體的宗教,隻是用這兩個字指代一種人生態度,處世哲學觀。至於我自己,還是那句話,我尊重任何人選擇的選擇,我尊重你有認為自己對的權力。

這件事說起來很好玩,如果模型化一下,恰恰是到目前為止人們提出來的三種宇宙模型種的兩種。

數學描述的話,三種模型最根本的差別是,曲率。

如果我們的宇宙模型是正曲率(圖1),也就是球狀,導出來的結果是,這個封閉的球,盡管是向外旋轉擴張的,但同時也是回縮的,最後終究會回到一個點,即最初最初的Urknall(Big Bang),宇宙的起點,那也將是宇宙的終結。

第二種馬鞍形模型,很容易看到它是沒有邊界的(unendlich),也就是會一直向外擴張,長,長,長,長,長。

第三種,平麵模型,同屬於無邊無界。

問題來了,哪一個模型按我們已有的知識推斷,最合理?

2000年4月出現的對Hintergrundstrahlung(background radiation)新的研究結果,終於可以回答這個問題。

上世界70年代,人們已經證實,我們的宇宙中,充滿了有完全不同的internal structure微波輻射。也就是說,不同方向的輻射波,強度也不同。將這些波通過波譜分離並投射成一張(顏色)圖,然後對圖上不同點的距離分析,得到的結果,是我們宇宙空間模型的曲率。

理論講完(我也不愛講這些,沒興趣的跳過去好了),結論是,我們生活在一個完全F-L-A-T的宇宙空間(如圖三)。也就是說,我們的宇宙會無限擴張(unendlich Ausdehnen-infinitely expanding)。

Cosmic microwave backgrund radiation的發現,歸功於Arno Allan Penzias和Robert Wilson兩名物理學家,1964年。

那是另外一個科學界的傳奇,說起來會很有趣,但是也很長,這裏略過。Arno Penzias和Robert Wilson(兩個美國人哦),連同Pyotr Kapitsa(俄),分了1978年的諾貝爾物理獎。

這個現象連同一起的理論,支持的是關於宇宙起源的Big Bang Theory,中文翻譯成,大爆炸。具體來說,即宇宙的起源是一個點(Urknall),這個點很特殊,包含了時間和空間兩個概念。

在這個點以前,既沒有時間,也沒有空間——在這個點之後,才有了時空和關於時空度量的概念。那這個點以前到底是什麽?

什麽都沒有。

很抽象?我也同意啊。反正物理學界比較認可的觀點是,我們到現在,能明白的隻有5%。剩下的95%open(所以是出成績的好機會哦)。

2015年9月14日,人們第一次直接捕捉到引力波,證明了黑洞係統可能有兩種星體質量(binary star mass)。星體質量是天文學上一個專有名詞,一般來說,用太陽的質量做單位,M(日)會說,那顆星的質量是幾個M(日)

這是常見的度量Skalar的用法,總不能用人的體重作標尺,就算幾百年前的也不怎麽合適,比如問,幾個一劍陶三沒文化那麽重?

那太不科學。

引力波存在的預言?當然是物理界的super star,100年前的愛因斯坦給出的,這也是他廣義相對論論文的basic idea,廣義相對論將引力解釋為時空扭曲的結果。

2015年9月,科學家真正觀測到雙黑洞在引力波場的碰撞,並最終合二為一。

另一派的理論來了。我們的宇宙,生於黑洞長於黑洞,甚至,我們現在也有可能是在黑洞中存在,我們的universum不是single Universum,而是multi-Universum,嗯,我們有很多neighbour Universium。

哦?!

這一派的掌門,叫Nikodem Poplawski,波蘭人,生於1975年,他也被稱為,新時代的愛因斯坦。

他(最廣為人知)的猜想是,每一個黑洞,都是通往另一個世界的門。我們不過是在某一個黑洞裏生活,Urknall?沒有這件事。

Urknall理論的起源,也要退回到100年前,比利時人Georges Lemaitre(他拿到1954年的諾貝爾物理獎),他的身份,除了天體物理學家,也是天主教牧師。1927年他觀測到銀河係的擴張,並通過計算證明了這一點。

結論受到同時代的愛因斯坦的嘲笑。愛因斯坦的原話是,您算的都對,但是,您的物理知識,實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點稱為,Primeval Atom,這也是the Big Bang Theory的真正起源。

愛因斯坦後來當然承認了自己的錯誤,對Lemaitre1933年在加州的報告之後帶頭鼓掌,評價是,This is the most beautiful and satisfactory explanation of creation to which I have ever listened。回憶這段經曆,愛因斯坦說,這是我生命中最蠢驢得一件事(他真的用的是donkey這個字)。

是的,敢錯。敢認。

The Big Bang Theory最受質疑的一點是,什麽叫“在此之前什麽都沒有”?什麽是singularity(奇點)?這隻蛋,到底是哪裏生出來的?

回到Poplawski的理論。他說,我們的宇宙,產生於一個黑洞,它會聚集能量(物質),進一步生成一個超密度的種子(隨時可能explodieren)的核,這顆種子處的時間空間如此變形以至於完全靜止。

銀河係和黑洞的關係是,共生。

因此,尋找宇宙的源頭,變成尋找宇宙中的黑洞。

黑洞很可怕?如同吸塵器,會把周邊的東西吸進去?包括我們人類本身?

不是的。黑洞沒有“吸”的能力。

簡單來說,黑洞可以理解成占空間非常非常小的物質,含有非常非常大的質量,它的特點是,由於引力場的作用,不會有光,或者其他任何信息從黑洞中出來,所有靠近黑洞的物質,將會停留在那裏。

黑洞理論也是愛因斯坦的廣義相對論的一個推理。

愛因斯坦說,時空由於其中物質和引力場的存在,是可以彎曲的。如果再加其他的物質進來,將會造成這種彎曲下的波動。

而黑洞,由於其質量大到無窮,不僅會形成時空的彎曲,甚至真的會產生一個洞,而光,在試圖穿透黑洞的引力場中會失去能量。

按照Poplawski的理論,宇宙中可以生成按大小不同的四類黑洞,從小到不可見,到大到以數十億M(日)計算。

按照原有的黑洞理論的數學模型,所有的物質將會收斂到一個點(極限),也就是宇宙誕生的奇點(singularity)。作為物理學家,Poplawski不同意的,恰恰是這個singularity的存在,也就是說,他不同意物理上能達到這個奇點。

他的觀點是,由於物質在黑洞周圍是旋轉運動的,這種旋轉產生與重力相反的力,它會阻止奇點的出現,換句話說,可以無限接近,但是永遠不會達到奇點。

這個現象,被稱為Torsion。這種討論方式,是學數學和學物理經常互相嘲笑的一點,一派說,你看你看,我總能完成的,不就是繡花針?另一派呢,(也許背著手)扯,你永遠到不了(我)這個點。

如果一個新的宇宙的出現,Poplawski說,不是因為達到那個奇點,是因為Torsion,近似的理解是,從那個奇點周圍繞啊繞的再繞出去,爆發,形成一個新的universe。

如果Poplawski的理論是對的,那麽,到目前為止,我們教科書上的理論,就是錯的。

這沒什麽,物理界最前沿的理論,很多時候5,6年就要重新修正一下的。

科學可以自傲的,當然是夠open。




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所有跟帖: 

直覺也是可以驕傲一下的。小時候問外婆,怎麽知道地球是圓的?她說憑直覺,你想想,如果地球是方的,走到頭不就掉下去了嗎? -山中百合- 給 山中百合 發送悄悄話 山中百合 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:29:53

直覺和常識是一個人的天賦,與有多大學問沒直接關係。 -核桃小丸子- 給 核桃小丸子 發送悄悄話 核桃小丸子 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:15:01

直覺和科學的關係,我想是直覺給出結論,科學來證明那個結論對(或者錯當然也有可能) -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:32:22

“可以無限接近,但是永遠不會達到奇點”翻譯成我的話就是,有可以無限接近無,但永遠不會達到無,反之亦然。 -來罘- 給 來罘 發送悄悄話 來罘 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:35:03

就是極限但是不連續的概念唄。我知道 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:33:33

這篇太科學了 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:42:06

科學和大道,講複雜了,都是“我什麽都沒說,你也什麽都沒聽到,該幹嘛幹嘛”。 -陶陶三- 給 陶陶三 發送悄悄話 陶陶三 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 07:47:57

反正我是一頭霧水,那麽多字隻認識一個名字 -- 愛因斯坦 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 08:07:42

這次跟你站一排,我還以為你比我強點~ -核桃小丸子- 給 核桃小丸子 發送悄悄話 核桃小丸子 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:15:48

我小時候就離開科學了,現在憑毛姑姑吃軟飯,雖然號稱理科生 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (81 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:35:02

你的態度是對的。將來我們弄一走廊什麽都看不上獎。第一個肯定得歸你 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:44:09

不要將來了,他現在已經實至名歸。 -核桃小丸子- 給 核桃小丸子 發送悄悄話 核桃小丸子 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 10:04:47

就是2個觀點1宇宙從一個點產生,single universe。2宇宙從黑洞產生,能從一個化出另一個,multi- -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:49:29

你才大道呢。我是小道。你們的perspective是我我我我我我,你們說的什麽都是我的。是subjective那種 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (270 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:42:37

我可沒說你的大道有什麽錯。我說過很多遍我完全接受你說他很對很好宇宙真理天下無敵你喜歡用它intepretation一切 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (81 bytes) () 11/03/2023 postreply 11:27:20

你說得對我是應該分開寫不這樣全堆上來。這裏的每一個點都可以算是科學史上的裏程碑。我這樣是太潦草了 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:31:25

科普很難寫 -FEVRE- 給 FEVRE 發送悄悄話 FEVRE 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:40:54

什麽都可以自傲的,當然是夠open。 -核桃小丸子- 給 核桃小丸子 發送悄悄話 核桃小丸子 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:17:43

是這樣的 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 09:34:02

恒星演化有三種結局,白矮星(類日恒星)、中子星(太陽8-10倍以上)和黑洞(太陽質量25-30倍左右)。 -JustWorld- 給 JustWorld 發送悄悄話 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 11:29:56

任何超出人類經驗範圍的理論都具有宗教要素,因信稱義,宇宙起源學就是這種 -viBravo5- 給 viBravo5 發送悄悄話 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 12:32:48

多瑙妹妹這一篇有內涵,大大的讚一個! -平等性- 給 平等性 發送悄悄話 平等性 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 16:31:20

多謝平等 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 23:02:25

這一篇太長知識了,希望能看到更多類似大作,謝謝分享 -jinjiaodw- 給 jinjiaodw 發送悄悄話 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 17:48:11

多謝鼓勵 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 23:02:04

咱們這個宇宙中,不是有(幾乎)無數個黑洞麽 -木有文化- 給 木有文化 發送悄悄話 木有文化 的博客首頁 (113 bytes) () 11/03/2023 postreply 21:45:18

但是沒說出來的是一個黑洞啊也許同時很多個呢 -donau- 給 donau 發送悄悄話 donau 的博客首頁 (0 bytes) () 11/03/2023 postreply 23:01:45

好文章,大讚。Lemaitre一直被科學界歧視,2018年才得到了正名,距他去世已經半個世紀。他沒得過諾獎 -久經沙場的槍- 給 久經沙場的槍 發送悄悄話 久經沙場的槍 的博客首頁 (0 bytes) () 11/04/2023 postreply 16:43:10

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