宇宙的神秘在人類的探索下,可謂是越來越難以理解了。 原本人類為了更好地了解這個世界,認識我們存在的宇宙。卻總是在進一步探索的時候發現更多 宇宙 的奧秘。
廣闊的宇宙
從人類開始探索宇宙至今,其中有五個宇宙之謎,人類一直無法破解。 每一個都讓科學家們絞盡腦汁也無法得到答案,而其中最後一個宇宙之謎,甚至讓不少人在細想之後都可能會害怕!
究竟是哪五個宇宙之謎呢?我們一起來探索一番。
「來一起來探索宇宙!」
詭異的量子力學
量子力學有多詭異,相信現在有很多人聽到量子力學時都是一臉懵逼 。因為就算是科學家也沒有真正認識到量子力學。就拿量子力學大師費曼的話來說,量子力學就是造物主的終極秘密,沒有人懂量子力學。
量子力學
如果你要在這裏說你懂量子力學,那肯定不是真的。 如果你在聽了關於量子力學的講解後,覺得很混亂,那你可能也就開啟了,了解量子力學的大門。
如果說 宏觀世界 是1+1=2,那在量子世界就是2=1+1。
量子力學的奧秘
量子力學的源頭實際上是科學家在研究「光」是什麽時,而慢慢被引發出來的一個關於粒子運動規律的理論。
當時關於「光是粒子」還是「光是波」,兩派科學家進行了激烈的 爭論 。主張光是粒子的主要有牛頓、愛因斯坦等,而主張光由波組成的則有赫茲、麥克斯韋等。 後來在爭論不休的情況下,科學家們齊聚一堂決定用實驗來證明自己的觀點。
雙縫幹涉實驗
於是科學家就進行了一個雙縫幹涉實驗,來驗證光到底是什麽。 這個實驗就是利用一個發射光子的機槍,對著兩道縫隙進行掃射,然後觀察光子穿過縫隙後在墻面上留下的痕跡。
如果在墻面上顯示的是兩道杠,那麽說明光由粒子組成。如果在墻面上顯示的是一條條斑馬紋,那麽說明光由波組成。 結果在第一次實驗中,科學家們看到的是斑馬紋,這就說明光是由波組成。
但是粒派科學家顯然不同意這個說法, 提出光子應該是一顆顆發射出去,實驗應該重新來一遍,於是就有了第二次實驗。 結果這次實驗結果仍然顯示的是斑馬紋。原本波派的科學家應該很高興得到這個結論,但事實上這又產生了新的問題。
因為當光穿過縫隙時,應該只會透過其中一個,也就是說一個 光子 應該不能形成幹涉,難道是光在穿過縫隙前分裂成了兩個嗎?
「神奇的光束」
結果科學家們又開始了第三次實驗, 這次分別在左右兩邊的縫隙裝上了攝影機,結果發現,在攝影機中,光確實是只透過了一個縫隙。
這時候科學家們發現,如果從攝影機中看,那麽墻面就會形成兩道杠,也就是說,光由粒子組成。如果不用攝影機看, 那麽墻面就會顯示條紋,也就是光由波組成。
於是科學家們將這個現象稱為 量子擦除 。 也就是說,當你得知量子路徑時,它就不會產生幹涉條紋,當你不知道量子路徑時,它就會產生幹涉條紋。
愛因斯坦認為,或許存在一個隱藏的變量,只是我們還沒有發現它。但到底這個變量是否存在我們也不得而知。
在雙縫實驗裏,光子被探測到的相對頻率曲線圖
人類對量子力學苦苦追尋了百年,都沒有探索出能令人說服的解釋,但科學家們仍然沒有放棄,他們依然在量子世界中不斷追尋可能的答案。
找不到的重力子
萬有重力定律早已被大家熟知,牛頓在300多年前就發現了這一定律。 根據這個定律科學家們成功地解釋了行星的運動、 潮汐 的形成以及月球的運動等等。如今我們在探索宇宙時,需要計算的人造衛星、宇宙飛船等航天器的軌域,仍舊離不開萬有重力定律。
潮汐的形成
我們根據這個定律本身,可以知道不論兩個物體相距多遠,它們之間都會產生萬有重力。 當我們探索兩個物質之間傳導的速度時,發現竟然比光還要快。那麽這種力究竟是由什麽傳遞的呢?
科學家對此做出了很多假設和猜測。量子理論在很多方面都可以用來解釋其他現象,比如 電磁學 就可以用光子的量化來解釋,這裏用到的就是量子電動力學。而宇宙中的其他作用力, 比如弱核力和強核力都可以用量子理論來解釋。
電磁學
那麽重力呢?是不是也存在著一種重力理論,可以將其發展為量子重力理論呢? 1913年,愛因斯坦就針對這個問題提出了萬有重力場論。
他認為在所有的物體周圍都存在一個重力場, 這個重力場存在於一個彎曲的時空中,並且透過重力波傳播,而重力波則透過重力子使兩個物體相互吸引。
重力波
那麽是否存在這個重力子呢?科學家們一直在宇宙中尋找著它的存在。在1974年-1978年底,科學家們利用天文望遠鏡對距離地球15000光年的射電脈沖雙星觀測,期間證實了重力子的存在。
盡管已經捕捉到宇宙中傳來的重力波「漣漪」,但科學家們仍然沒有找到重力子的蹤影。
如果某一天,真的觀測到了重力子,那麽也將開辟出一個新的局面。科學家們對重力子的運用尤其期待,如果可以將重力子運用到通訊上,說不定就有機會與真正的 外星人 取得聯系。
物理極限:普朗克尺度
目前人類能夠精準測量的最小尺度,便是普朗克尺度(1.616229×10^-35米和5.39116×10^-44秒)。
之所以會存在這個物理極限,也是因為量子力學。根據不確定性原理,長度越短,說明位置就越確定,而速度就越不確定。而時間越短,則表示能量越不確定。在能量越不確定,速度也越不確定的情況下,能量的平均值也就越高。
黑洞結構
而這個非常大的能量值局限在一個十分狹小的空間中,如此能量密度就會超過一個臨界值,於是在這個極小的空間中就會形成一個超級小的 黑洞 。 而這個黑洞的視界線大小就是普朗克尺度的大小。
因為這個黑洞實在太小,因此人類無法從中獲取資訊。 而在一定程度上,這個 黑洞 就是可能存在的最小的黑洞,而再小於這個尺度的物體,我們也沒有辦法再進行探測和研究。
也就是說,我們對於宇宙的認知和對微觀世界的認知都被量子力學鎖死了。 其實並不是說宇宙中不存在比普朗克尺度還小的東西,只是在量子力學和不確定性原理下,在我們可感知到的世界裏,我們無法察覺到它們的存在。
而科學家們目前同樣沒有突破普朗克尺度,找到更小的物質存在。
浩瀚的宇宙
宇宙誕生之謎
宇宙的起源是一個極其復雜的問題,我們現存的宇宙是一個物質世界,每天都在不斷地運動、變化和發展中。 千百年來,科學家一直在探索宇宙的起源。宇宙是什麽時候、又是透過什麽方式形成的。
關於宇宙的誕生,科學家們已經有了很多相關的假說與猜想。直到今天,很多科學家都認為,我們的宇宙形成於137億年前的一次大爆炸。在那個超越了時間和空間的地方,有一個密度極大的奇異點, 以超越光速的速度膨脹爆發,形成了宇宙萬物。
宇宙大爆炸
在這個奇異點中,包含了宇宙中所有的物質和能量,這個物質與能量不斷聚集收縮,直至形成一個體積巨小、溫度巨高、中密度巨大的奇異點。 而這個奇異點在爆炸時又將所有的物質四散出去,接著宇宙便開始以超越光速的速度膨脹。
直到今天,宇宙經歷了一百多億年的反映,形成了現在的星系、恒星、行星以及生命。 科學家將這些大爆炸產生的反應原理稱為量子物理。
但是在這個奇異點之前有其他宇宙存在嗎?如果沒有別的宇宙,那麽這個奇異點又是如何存在的呢?我們處在的宇宙似乎也在不斷地膨脹,那麽它也會在經歷膨脹-塌縮-再膨脹-再塌縮…的無限迴圈過程中嗎?
面對這些問題,科學家們似乎有些束手無策,直至今天,科學家們也沒有確切的證據可以來證明宇宙就是這樣誕生的。 而未來人類也會帶著這個問題一直探索下去。
細思恐極:意識的本質
意識從何而來,為什麽同樣由 原子 構成的無機物沒有意識,而由原子構成的生物體就存在意識呢?物理學家玻爾曾說過,世界由人的意識決定。
在二十世紀時,科學家們幾乎閉口不談意識,因為他們認為,神學與科學相互對立,而意識普遍存在於神學中,因此意識也就與科學相對立。
原子
然而隨著科學家的不斷探索,卻發現,意識或許是更為深奧的科學。 我們在前文提到過了量子力學中有過一次雙縫幹涉實驗,在第三次實驗中,觀測者的存在似乎影響了光子的路徑。
當網絡攝影機開啟時,光子便以粒子的狀態運動,當網絡攝影機關閉時,光子又以波的狀態運動。難道光子能夠意識到是否被觀測嗎?而量子力學中還有一位著名的學者 薛定諤 ,在沒有人幹涉的情況下,它的貓處於「又生又死」的狀態。它最終的命運決定於開箱子的那一瞬間。
薛定諤的貓
在我們現存的世界中, 我們知道人的意識處於最高級狀態,而貓狗這類動物的意識又較之人類要弱,昆蟲則相比貓狗更弱,最後便是最簡單的生物形態。 意識似乎隨著生物的簡繁而變化,如果意識存在於宇宙萬物,那麽像電子、 粒子 這些更為微小的物質是否也存在一定的意識?
對於意識的本質,科學家到現在也沒有合適的解釋能來解答。甚至有些科學家們認為,我們現存的世界還只僅限於物質層面,除此之外還存在一個更大寬廣的量子世界。 而人死後,釋放出來的量子資訊又回歸到量子場中。
或許從某種意義上來講,我們的意識是不朽的存在。 宇宙中的未解之謎其實還有很多,而這五個宇宙之謎則是目前人類最為關註的問題。 不管是量子力學還是意識本質的問題,未來還需要科學家竭盡全力繼續探索。