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2018-04-05 《极简宇宙史》从一次旅行开始，你在某个小岛度假，你懒洋洋地躺在沙滩上，望着满天的繁星，你的意识穿行到50亿年后，你看见了一个炽热的大恒星吞没了一个弹珠般的小行星，没错，那是我们目前科学语言的未来，在未来，太阳会在消耗完自己的氢原料后反弹变大变为红巨星进而吞噬地球。 未来之旅结束了，你重新让意识飞向离我们最近的天体-月亮，在大约38万千米的虚空，你看见了他，满目疮痍，这颗星球见证了他和他的母星诞生时的场景，在大约40亿年前，我们的行星地球与另一颗与他差不多大的行星相撞，这次撞击如此猛烈，以至于我们的地球上有一大块物质被扯了下来，后来他就形成了月球。 你继续前行去下一站，太阳，那是我们所有生命赖以生存的能量的来源，太阳表层是炽热的等离子体，你想知道他为什么发光发热，你去到他的核心，那里的温度高达1600万度，足以引发氢的核聚变，核聚变就是将较轻的原子在高温和高压下转化为较重的原子并释放能量的过程，我们太阳的内部就在进行着这种聚变。当然，和你之前去未来看到的一样，太阳的氢是有限的，所以他终有一天要消耗完聚变的材料，那时候他将如你所见，变为红巨星进而演化为白矮星、黑矮星直至宇宙末日。 你飞离了太阳，沿着他周围的行星向外，一路经过四颗岩石行星、四颗气体行星，你看见了可怜的冥王星（他已经不属于行星了），接着往外，有一个冰冷的行星带-柯伊伯带，他们都包含在一个更大的球状的星云中间，我们称为奥尔特云。这标记了我们这颗恒星的地盘。 飞离了太阳系，你的下一站是离我们最近的恒星-比邻星。这是一颗红矮星，比我们的太阳小多了，当然小有小的好处，因为核聚变较慢，所以他的寿命非常长，如果你能找到一颗红矮星并在其宜居带上的行星上生活，那几乎可以说是永生了。 你顾不上多看几眼比邻星，就朝着我们这个星系-银河系的中心飞去。在那里你看到恒星飞速绕着银河系中心旋转，根据引力定律，恒星转速越快，说明他围绕中心的质量越大，根据科学家的计算，银河系中心的质量为400万个太阳质量，而他的体积又非常小，那只可能是一种存在，一种宇宙bug级别的存在：黑洞。我们叫他人马座A*（人马座A星）。 你继续飞翔，你穿过银河系中心向上，在上面俯瞰这个巨大的圆盘，他由四个明亮的旋臂组成，里面包含了千亿颗太阳这样的恒星。你继续向上飞，渐渐地你看见另一个巨大的圆盘，正在飞速向银河系靠近，没错，这就是仙女座星系，在大约40亿年后，他将和银河系撞在一起，不过别担心，因为星系中恒星的距离非常遥远，所以导致星系非常空旷，他们撞在一起是几乎不会导致恒星相撞的，最终他们会融合为一个新的星系，可能叫银仙系。 你继续往前飞，想看看宇宙的边界在哪里？在飞离地球138亿光年的地方，你看见了一道墙，在墙的外面，你什么都看不见，那是被我们称为“临界最后散射面”的地方，在那道墙后面，连光线都无法射出，所以你什么都看不见。 好了，从地球飞向宇宙的边界，你遇到了太多的新奇，想知道这一切是怎么回事，我们得从头再来。首先，你不会从21楼的窗户跳下去，你也不会从悬崖跳下去，是因为你知道，无论在21楼还是在悬崖边上，你跳下去的结果都差不多。可为什么是这样，为什么跳下去就掉落而非飘起？我们的祖先一直在思考，直到牛顿出现了，他用数学描述了这一切，我们利用他的数学公式，可以计算扔出去石头的轨迹，火箭发射的轨迹，甚至地球绕太阳旋转的轨迹。但是，我们也发现，这个公式有一点点瑕疵，他算出来的水星轨道有一点点偏差，只是一点点，没什么大不了。 但是，物理学家一般都会在理论出现问题的时候，再次去寻求解决方案，1915年，一个叫爱因斯坦的人，他宣布了一个全新的认知宇宙的方法，他声称引力并非一种力，而是有质量的物体对时空产生的弯曲而引起的周围物体向着时空弯曲方向滑落的现象，而且通过他的公式，我们重新计算了水星轨道，竟然是完美符合的。我们倾向于接受那些更加接近实验检验的理论，爱因斯坦的理论无疑就属于这一种。 光是我们了解这个宇宙的最直接的途径，你看到的世间万物，宇宙星辰，都是因为有光入射到你的眼睛。科学家们仔细研究了宇宙深处的光，他们发现，所有远处来的光都有一个特征，他们的波长变长了，也就是他们红移了，这是为什么呢？如果光在空间传播，而空间在膨胀，那么膨胀将会拉长光的波长，所以，科学家预言，宇宙在膨胀。 宇宙在膨胀，这一发现非常了不起，但是总有人会有一些奇思妙想，他们在想，如果宇宙现在在膨胀，那昨天是不是比现在小，那过去是不是比昨天小，那一直回溯，是不是有一个点，宇宙将非常小，非常重，也非常热，没错，科学家就说了，宇宙起源于一场大爆炸。 但是你明明记得，宇宙在138亿光年外有一堵墙，一堵称为临界最后散射面的墙是怎么回事？好，那我们先不回溯到大爆炸起点，先回溯到这道墙，你会发现，这应该是一道很热的墙，因为空间越小，温度越高。没错，科学家们计算了他的温度，3000度。从那时起，有一道光射了出来，温度是3000度，但是，到了现在，随着宇宙的膨胀，他的温度持续降低，而我们已经探测到了，一个来自宇宙中各个方向的低温辐射，我们称之为：宇宙微波背景辐射。所以，在临界最后散射面之前，大爆炸发生了，大爆炸发生后的38万年后，光得以逃脱，此后一直延续138亿年，今天，我们看到了那束138亿年前的光。 在向临界最后散射面之前回溯时，我们需要一个全新的旅程，去到微观世界，在之前，我们穿越了整个可见的宇宙，我们相信宇宙诞生于一场大爆炸。但是要理解大爆炸发生的事情，我们必须先理解微观世界。 你开始变得越来越小，小到原子级别，你看到了原子外层模糊的电子云，而这些电子云绕原子核旋转，他们之间通过一种称为电磁力的力聚合在一起，这是一种由叫做虚光子的粒子表现的力。你聚精会神地想要抓住一个电子，但是结果是徒劳的，因为你明明觉得你抓住了，但是他还是逃脱了，这被科学家称为量子隧穿效应，你发现微观世界和我们宏观世界完全不同，在微观世界，你无法确切知道一个电子的速度和位置，科学家管这个叫测不准原理。 你继续探索，看看原子核是否还能再分，原子核由质子和中子组成，他们被强相互作用力粘合在一起，这是由一种叫做胶子的基本粒子表现的力。而质子和中子则由夸克组成，夸克间通过强核力粘合在一起，这是一种叫做介子的粒子表现的力。 除了上面的三种力，还有一种力，比强核力小多了，所以我们叫他弱核力，他由W和Z玻色子携带，他可以将一种夸克变为另一种夸克，并释放能量，这就是大质量原子的放射性的原因。 在探索了量子世界后，我们继续回溯宇宙的开端，看看那个临界最后散射面之前发生的事情。你一直向前，到达138亿年前，你现在距离临界最后散射面仅仅一光分，相比于太阳，我们现在离他8光分多一点。你深吸一口气，继续往回走，你穿过了临界最后散射面，到达了他的后面，你发现这里是漆黑一片，你只能打开意识模式，其实这时我们的宇宙很大，而且他也已经38万岁了，这时候光子到处乱撞，不是碰到这个电子，就是被另一个电子吸收，所以没有光子能到达你的眼睛，所以你看不见。 你继续往回走，你唯一的体验就是温度越来越高，在极高的温度下，原子核拼命撞击，组成他们的质子和中子被解离了，进而，组成质子和中子的夸克也被解离了。继续往回，夸克与他们的反夸克湮灭，形成了大统一场下的能量，你还想继续往前，但是好像有问题，因为时间出了问题，没有往前的时间了。你没有抵达开端，但是你不知道怎么去，因为目前的科学也没有关于这个开端的任何解释。我们只知道他的名字，他叫奇点。 量子的世界太离奇，为什么基本粒子完全一样，为什么他们可以具有隧穿效应？原来，整个宇宙空间都布满量子场，那些基本粒子可以在任何地方从这个量子场借到能量，那么他也就可能出现在任何地方。在真空量子场中，有电子与反电子出现，进而湮灭，这永远不是一个平静的地方，这我们叫做真空的量子涨落。 你还记得在银河系的中心，恒星绕着黑洞飞速旋转。根据引力定律，远离银河系中心的地方，恒星的转速应该越来越慢，但是科学家计算了这些恒星的转速，发现他们并不符合引力定律，如果按照现有银河系所有物质的质量对时空的弯曲，目前恒星的转速足以导致整个星系分崩离析，那是什么维持了星系的引力？科学家没没有探测到，但他肯定就在这里，我们称他为暗物质。 你当然也记得，宇宙诞生于一场大爆炸，在宇宙膨胀的过程中，恒星、星系得以形成，他们将时空弯曲，他们的引力终有一天将减缓宇宙的膨胀，但是，科学家们发现，宇宙膨胀并没有减速，而是在加速，这是怎么回事？是不是有一种抵抗引力的力存在，他在向外推着宇宙空间加速膨胀，我们也什么都没发现，但我们知道他也在那里，我们称他为暗能量。 你的宇宙之旅到此结束，我们在这个过程中，见证了宏观和微观的世界，也知道了有很多我们目前还无法解释的事情，这些事情，可能会在你下一次仰望星空时产生的一个奇思妙想中被解决。所以，当我们抬头仰望时，别忘了思考。 |
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