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第二百七十一章 变与不变

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“好的,谢谢你,许教授!”

量子教皇玻尔:“当所有人都不去看月亮的时候,谁能够证明它存在?”仿佛冥冥之中,有一双“神奇”的眼睛在盯着我们。当我们不观测时,一切都是一种混沌的存在,电子、质子、光子等微观粒子按照自己的波函数弥散在时空中。当发现我们观测时,所有混沌存在的概率波,唰~从无影无形的波,变成了客观存在的微观粒子。

20世纪初,物理学的大厦雄伟壮阔,金碧辉煌。经典力学、经典电磁学、经典热力学等共同构筑了物理学大厦的坚实基础。小到烧开一壶热水,大到宇宙星系的运行,仿佛一切都在人类的掌控之中。物理学家们不仅感叹,物理学已发展到尽头,以后只需要修修补补,或者将物理常量测量的更精确一点而已。

然而,天有不测风云,量子力学的横空出世,将当时科学界拍的一脸懵『逼』。

他站起来,出乎意料地拥抱了一下许韵之,告辞了。

1917年,光电效应证明能量是量子化的。这是第一个反直觉的存在:直觉上,光是一种连续的存在;但试验证明,它是由光子构成,是离散的。但正是这个反直觉实验,正式宣告了量子力学开始登上历史舞台。

接下来,就是物理学历史上十大经典试验之首:电子的双缝干涉实验。它所揭示的微观世界法则,足以撼动整个经典物理学大厦,甚至颠覆了人类对物质世界的认知。平行宇宙理论、多维空间理论、全息宇宙理论等匪夷所思的科学理论,都是由它开始。在这个实验之后,绝对客观存在的物质世界崩塌了!

在这个试验之前,电子是一种粒子,是当时科学界的共识。康普顿散『射』实验深刻证明了这一点,他用电子束去撞击原子核,发现许多电子发生了偏转,甚至反弹。通过计算,偏转角度和经典弹『性』粒子的相撞规律符合的很好。

他带着安妮回到自己的房间,张静怡正在等他:“你去哪了,我等你好一会儿了!”

近距离伽马暴可能灭绝任何比微生物更加复杂的生命形式。由此,两位天文学家声称,只有在大爆炸发生50亿年之后,只有在10%的星系当中,才有可能出现类似地球上这样的复杂生命。

宇宙或许比先前人们想象的要更加孤单。两位天体物理学家声称,在可观测宇宙预计约1000亿个星系当中,仅有十分之一能够供养类似地球上这样的复杂生命。而在其他任何地方,被称为伽马暴的恒星爆炸会经常『性』地清除任何比微生物更加复杂的生命形式。两位科学家说,这些的爆炸还使得宇宙在大爆炸后数十亿年的时间里,无法演化出任何复杂的生命。

科学家一直在思考这样一个问题,伽马暴有没有可能近距离击中地球。这种现象是1967年被设计用来监测核武器试验的人造卫星发现的,目前大约每天能够检测到一例。伽马暴可以分为两类。短伽马暴持续时间不超过一两秒钟;它们很可能是两颗中子星或者黑洞合二为一的时候发生的。长伽马暴可以持续数十秒钟,是大质量恒星耗尽燃料后坍缩爆炸时发生的。长伽马暴比短伽马暴更罕,但释放的能量要高大约100倍。长伽马暴在短时间内发出的伽马『射』线,可以比全宇宙都要明亮。

持续数秒的高能辐『射』本身,并不会消灭附近一颗行星上的生命。相反,如果伽马暴距离足够近,它产生的伽马『射』线就有可能触发一连串化学反应,摧毁这颗行星大气中的臭氧层。没有了这把保护伞,这颗行星的“太阳”发出的致命紫外线就将直『射』行星地表,长达数月甚至数年——足以导致一场大灭绝。

这样的事件发生的可能『性』有多高?在即将发表在《物理评论快报》(physical review letters)上的一篇论文中,以『色』列希伯莱大学的理论天体物理学家斯维·皮兰(tsvi piran)和西班牙巴塞罗纳大学的理论天体物理学家保罗·希梅内斯(raul jimenez)探讨了这一灾难『性』的场景。

天体物理学家一度认为,伽马暴在星系中气体正迅速坍缩形成恒星的区域里最为常见。但最近的数据显示,实际情况要复杂许多:长伽马暴主要发生在“金属丰度”较低的恒星形成区域——所谓“金属丰度”,是指比氢和氦更重的所有元素(天文学家所说的“金属”)在物质原子中所占的比例。

利用我们银河系中的平均金属丰度和恒星的大致分布,皮兰和希梅内斯估算了银河系内两类伽马暴的发生几率。他们发现,能量更高的长伽马暴可以说是真正的杀手,地球在过去10亿年间暴『露』在一场致命伽马暴中的几率约为50%。皮兰指出,一些天体物理学家已经提出,可能正是伽马暴导致了奥陶纪大灭绝——这场发生地45亿年前的全球灾变,消灭了地球上80%的生物物种。

接下来,这两位科学家估算了银河系不同区域内一颗行星被伽马暴“炙烤”的情形。他们发现,由于银河系中心恒星密度极高,距离银心6500光年以内的行星在过去10亿年间遭受致命伽马暴袭击的几率高达95%以上。他们总结说,复杂生命通常只可能生存于大型星系的外围。(我们自己的太阳系距离银心大约27万光年。)

其他星系的情况更不乐观。与银河系相比,大多数星系都更小,金属丰度也更低。因此,两位科学家指出,90%的星系里长伽马暴都太多,导致生命无法持续。不仅如此,在大爆炸后大约50亿年之内,所有星系都是如此,因此长伽马暴会导致宇宙中不可能存在任何生命。

90%的星系都是不『毛』之地吗?美国沃西本恩大学的物理学家布莱恩·托马斯(brian thomas)评论道,这话说得可能有点太过。他指出,皮兰和希梅内斯所说的伽马『射』线照『射』确实会造成不小的破坏,但不太可能消灭所有的微生物。“细菌和低等生命当然有可能从这样的事件中存活下来,”皮兰承认,“但对于更复杂的生命来说,伽马『射』线照『射』确实就像按下了重启按钮。你必须一切重头开始。”

皮兰说,他们的分析对于在其他行星上搜寻生命可能具有现实意义。几十年来,seti研究所的科学家一直在用『射』电望远镜,搜寻遥远恒星周围的行星上可能存在的智慧生命发出的信号。不过,seti的科学家主要搜寻的都是银河系中心的方向,因为那里的恒星更加密集。而那里正是伽马『射』线导致智慧生命无法生存的区域。皮兰说,“或许我们应该朝完全相反的方向去寻找。”

“我去了下科学院,”他说:“怎么啦,你等我有事?”

广义相对论告诉我们:在非球对称的物质分布情况下,物质运动,或物质体系的质量分布发生变化时,会产生引力波。

在宇宙中,有时就会出现如致密星体碰撞并合这样极其剧烈的天体物理过程。过程中的大质量天体剧烈运动扰动着周围的时空,扭曲时空的波动也在这个过程中以光速向外传播出去。因此引力波的本质就是时空曲率的波动。打个比喻,如果将时空看成一张大橡胶膜,用小球代替天体,被放在橡胶膜上时,球的质量会把橡胶膜往下压。这时,如果在旁边再放一颗球,两颗球分别造成的“时空弯曲”会让它们逐渐滚向对方。当它们互相加速运动时,产生的“涟漪”就是引力波。宇宙中大质量天体的加速、碰撞和合并等事件都会形成强大的引力波。由此,在物理学上,引力波被赋予如诗般的名字——宇宙中泛起的“时空涟漪”。

1915年,爱因斯坦提出的广义相对论,认识到引力是一种非常特殊的相互作用。广义相对论论证的一个重点就是,引力的本质是时空几何在物质影响下的弯曲。1916年,爱因斯坦又在广义相对论框架下发表论文,论证了引力的作用以波动的形式传播。这就是引力波的由来。引力波最初只是爱因斯坦的一个理论构想,来源于方程式的推导,而非真实的实验观察。

力的传导是靠引力波,那么引力波是什么?

“到你这里来坐坐不可以吗?”张静怡笑道。一转眼,她看到跟在他身后的安妮了:“她是谁?”

戴森球“理论是美国杰出的物理学家、曾经爱因斯坦的助手弗里曼·戴森1960年提出来的,是一种宇宙文明发展到一定程度建造的巨大人造天体的理论。

这种理论的内容是在距恒星1-2亿公里的轨道,建造一个包围恒星的巨大人造结构,最大限度的利用恒星能源,形成巨型的核聚变能源装置,是文明获得恒星系统最大的能源能力。

“她叫安妮,是贞姐身边的人,”他说。

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