关于黑洞的问题
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发布时间:2022-05-01 15:45
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时间:2022-06-18 23:45
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作者 忍者金
爱因斯坦赤道
“有一句话我早就想对你们说,”丁仪对妻子和女儿说,“我心听位置大部分都被物理学占据了,只是努力挤出了一个小角落给你们。对此我心里很痛苦,但也实在是没办法。”
他的妻子方琳说:“这话你对我说过两百遍了。”
十岁的女儿文文说:“对我也说过一百遍了。”
丁仪摇摇头说:“可你们始终没能理解我这话的真正含义,你们不懂得物理学到底是什么。”
方琳笑着说:“只要它的性别不是女的就行。”
这里,他们一家三口正坐在一辆时速达五百公里的小车上,行驶在一条直径5米的钢管中,这根钢管的长度约为三万公里,在北纬45度线上绕地球一周。
小车完全自动行驶,透明的车舱内没有任何驾驶设备。从车里看出去,钢管笔直地伸向前方,小车像是一颗在无限长的*管中正在射出的子弹,如果不是周围的管壁如湍急的流水飞快掠过,肯定觉察不出车的运动。在小车启动或停车时,可以看到管壁上安装的数量巨大的仪器,还有无数等距离的箍圈,当车加速起来后,它们就在两旁浑然一体地掠过,看不清了。丁仪告诉她们,那些箍圈是用于产生强磁场的超导线圈,而悬在钢管正中的那条细管是粒子通道。
他们正行驶在人类迄今所建立的最大的粒子加速器中,这台环绕地球一周的加速器被称为爱因斯坦赤道,借助它,物理学家们将实现上世纪那个巨人肩上的巨人最后的梦想:建立宇宙的大统一模型。
这辆小车本是加速器工程师们用于维修的,现在被丁仪用来带着全家进行环球旅行,这旅行是他早就答应妻子和女儿的,但她们万万没有想到要走这条路。
整个旅行耗时六十个小时,在这环绕地球一周的行驶中,她们除了笔直的钢管什么都没有看到。不过方琳和文文还是很高兴很满足,至少在这两天多时间里,全家人难得地聚在一起。
旅行的途中也并不枯燥,丁仪不时指着车外飞速掠过的管壁对文文说:“我们现在正在驶过外蒙古,看到大草原了吗?还有羊群……通过俄罗斯,擦地日本北角。看,朝阳照到积雪的国后岛上了,那可是今天亚洲迎来的第一抹阳光……我们现在在太平洋底了,真黑,什么都看不见。哦不,那边有亮光,暗红色的,嗯,看清了,那是洋底火山口,它涌出的岩浆遇水很快冷却了,所以那暗红光一闪一闪的,像海底平原上的篝火。文文,*正在这里生长啊……”
后来,他们又在钢管中驶过了美国全境,潜过了大西洋,从法国海岸登上了欧洲的土地,驶过意大利和巴尔干半岛,第二次进入俄罗斯,然后从里海回到亚洲,穿过哈萨克斯坦进入中国。现在,他们正走完最后的路程,回到了爱因斯坦赤道在塔克拉玛干沙漠的起点——世界核子中心,这也是环球加速器的控制中心。
当丁仪一家从控制中心大楼出来时,外面已是深夜,广阔的沙漠静静地在群星下伸向远方,世界显得简单而深邃。
“好了,我们三个基本粒子,已经在爱因斯坦赤道中完成了一次加速试验。”丁仪兴奋地对方琳和文文说。
“爸爸,真的粒子在这根大管子中跑这么一大圈,要多长时间?”文文指着他们身后的加速器管道问,那管道从控制中心两侧向东西两个方向延伸,很快消失在夜色中。
丁仪回答说:“明天,加速器将首次以它最大的能量运行,在其中运行的每个粒子,将受到相当于一颗核弹的能量的推动,它们将加速到接近光速。这里,每个粒子在管道中只需十分之一秒就能走完我们这两天多的环球旅程。”
方琳说:“别以为你已经实现了自己的诺言,这次环球旅行是不算的!”
“对!”文文点点头说:“爸爸以后有时间,一定要带我们在这长管子的外面沿着它走一圈,真正看看我们在管子里面到过的地方,那才叫真正的环球旅行呢!”
“不需要,”丁仪对女儿意味深长地说,“如果你睁开了想像力的眼睛,那这次旅行就足够了,你已经在管子中看到了你想看的一切,甚至更多!孩子,更重要的是,蓝色的海洋红色的花朵绿色的森林都不是最美的东西,真正的美眼睛是看不到的,只有想像力才能看到它。与海洋花朵森林不同,它没有色彩和形状,只有当你用想像力和数学把整个宇宙在手中捏成一团儿,使它变成你的一个心爱的玩具,你才能看到这种美……”
丁仪没有回家,送走妻女后,他回到了控制中心。中心只有不多的几个值班工程师,在加速器建成以后历时两年的紧张调试后,这里第一次这么宁静。
丁仪上到楼顶,站在高高的露天平台上,他看到下面的加速器管道像一条把世界一分为二的直线,他有一种感觉:夜空中的星星像无数只瞳仁,它们的目光此时都聚焦在下面这条直线上。
丁仪回到办公室,躺在沙发上睡着了,进入了一个理论物理学家的梦乡。
他坐在一辆小车里,小车停在爱因斯坦赤道的起点。小车启动,他感觉到了加速时强劲的推力。他在45度纬线上绕地球旋转,一圈又一圈,像轮盘赌上的骰子。随着速度趋近光速,急剧增加的质量使他的身体如一尊金属塑像般凝固了,意识到了这个身体中已蕴含了创世的能量,他有一种帝王般的快感。在最后一圈,他被引入一条支路中,冲进一个奇怪的地方,这是虚无之地。他看到了虚无的颜色,虚无不是黑色也不是白色的,它的色彩就是无色彩,但也不是透明,在这里,空间和时间都还是有待于他去创造的东西。他看到前方有一个小黑点,急剧扩大,那是另一辆小车,车上坐着另一个自己。当他们以光速相撞后同时消失了,只在无际的虚空中留下一个无限小的奇点,这万物的种子爆炸开来,能量火球疯狂暴胀。当弥漫整个宇宙的红光渐渐减弱时,冷却下来的能量天空中物质如雪花般出现了,开始是稀薄的星云,然后是恒星和星系群。在这个新生的宇宙中,丁仪拥有一个量子化的自我,他可以在瞬间从宇宙的一端跃至另一端。其实他并没有跳跃,他同时存在于这两端,他同时存在于这浩大宇宙中的每一点,他的自我像无际的雾气弥漫于整个太空,由恒星沙粒组成的银色沙漠在他的体内燃烧。他无所不在的同时又无所在,他知道自己的存在只是一个概率的幻影,这个多态叠加的幽灵渴望地环视宇宙,寻找那能使自己坍缩为实体的目光。正找着,这目光就出现了,它来自遥远太空中浮现出现的两双眼睛,它们出现在一道由群星织成的银色帷幕后面,那双有着长长睫毛的美丽的眼睛是方琳的,那双充满天真灵性的眼睛是文文的。这两双眼睛在宇宙中茫然扫视,最终没能觉察到这个量子自我的存在,波函数颤抖着,如微风扫过平静的湖面,但坍缩没有发生。正当丁仪陷入绝望之时,茫茫的星海扰动起来,群星汇成的洪流在旋转奔涌。当一切都平静下来时,宇宙间的所有星星构成了一只大眼睛,那只百亿光年大小的眼睛如钻石粉末在黑色的天鹅绒上撒出的图案,它盯着丁仪看,波函数在瞬间坍缩,如倒着放映的焰火影片,他的量子存在凝聚在宇宙中微不足道的一点上,他睁开双眼,回到了现实。
是控制中心的总工程师把他推醒的,丁仪睁开眼,看到核子中心的几位物理学家和技术负责人围着他躺的沙发站着,他们用看一个怪物的目光盯着他看。
“怎么?我睡过了吗?”丁仪看看窗外,发现天已亮了,但太阳还未升起。
“不,出事了!”总工程师说。这时丁仪才知道,大家那诧异的目光不是冲着他的,而是由于刚出的那件事情。总工程师拉起丁仪,带他向窗口走去。丁仪刚走了两步就被人从背后拉住了,回头一看,是一位叫松田诚一的日本物理学家,上届诺贝尔物理学奖获得者之一。
“丁博士,如果您在精神上无法承受马上要看到的东西,也不必太在意,我们现在可能是在梦中。”日本人说,他脸色苍白,抓着丁仪的手在微微颤抖。
“我刚从梦中出来!”丁仪说,“发生了什么事?”
大家仍用那种怪异的目光看着他,总工程师拉起他继续朝窗口走去,当丁仪看到窗外的景象时,立刻对自己刚才的话产生了怀疑,眼前的现实突然变得比刚才的梦境更虚幻了。
在淡蓝色的晨光中,以往他熟悉的横贯沙漠的加速管道消失了,取而代之的是一条绿色的草带,这条绿色大道沿东西两个方向伸向天边。
“再去看看中心控制室吧!”总工程师说。丁仪随着他们来到楼下的控制大厅,又受到一次猝不及防的震撼:大厅中一片空旷,所有的设备都消失得无影无踪,原来放置设备的位置也长满了青草,那草是直接从防静电地板上长出来的。
丁仪发疯似的冲出控制大厅,奔跑着绕过大楼,站到那条取代加速器管道的草带上,看着它消失在太阳即将升起的东方地平线上,在早晨沙漠寒冷的空气中他打了个寒战。
“加速器的其它部分呢?”他问喘着气跟上来的总工程师。
“都消失了,地上、地下和海中的,全部消失了。”
“也都变成了草?”
“哦不,草只在我们附近的沙漠上有,其它部分只是消失了,地面和海底部分只剩下空空的支座,地下部分只留下空隧道。”
丁仪弯腰拔起了一束青草,这草在别的地方看上去一定很普通,但在这里就很不寻常:它完全没有红柳或仙人掌之类的耐旱的沙漠植物的特点,看上去饱含水分,青翠欲滴,这样的植物只能生长在多雨的南方。丁仪搓碎了一根草叶,手指上沾满了绿色的汁液,一股淡淡的清香飘散开来。丁仪盯着手上的小草呆立了很长时间,最后说:
“看来,这真是梦了。”
东方传来一个声音:“不,这是现实!”
真空衰变
在绿色草路的尽头,朝阳已升起了一半,它的光芒照花了人们的眼睛。在这光芒中,有一个人沿着草路向他们走来,开始他只是一个以日轮为背景的剪影,剪影的边缘被日轮侵蚀,显得变幻不定。当那人定近些后,人们看到他是一名中年男子,穿着白衬衣和黑裤子,没打领带。再近些,他的面孔也可以看清了,这是一张兼具亚洲和欧洲人特点的脸,这一点在这个地区并没有什么不寻常。但人们绝不会把他误认为是当地人,他的五宫太端正了,端正得有些不现实,像某些公共标志上表示人类的一个图符。当他再走近些时,人们也不会把他误认为是这个世界的入了,他并没有走,他一直两腿并拢笔直地站着,鞋底紧贴着草地飘浮而来。在距他们两三米处,来人停了下来。
“你们好,我以这个外形出现是为了我们之间能更好地交流,不管各位是否认可我的人类形象,我已经尽力了。”来人用英语说,他的话音一如其面孔,极其标准而无特点。
“你是谁?”有人问。
“我是这个宇宙的排险者。”
这个回答中有两个含义深刻的字立刻深入了物理学家们的脑海:“这个宇宙!”
“您和加速器的消失有关吗?”总工程师问。
“它在昨天夜里被蒸发了,你们计划中的试验必须被制止。作为补偿,我送给你们这些草,它们能在干旱的沙漠上以很快的速度成长蔓延。”
“可这些都是为了什么呢?”
“这个加速器如果真以最大功率运行,能将粒子加速到10的20次方电子伏特,这接近宇宙大爆炸的能量,可能给我们的宇宙带来灾难。”
“什么灾难?”
“宇宙衰变。”
听到这回答,总工程师扭头看了看身边的物理学家们,他们都沉默不语,紧锁眉头思考着什么。
“还需要进一步解释吗?”排险者问。
“不,不需要了。”丁仪轻轻地摇摇头说。物理学家们本以为排险者会说出一个人类完全无法理解的概念,但没想到。他说出的东西人类的物理学界早在上世纪八十年代初就想到了,只是当时大多数人都认为那不过是一个新奇的假设,与现实毫无关系,以至现在几乎被遗忘了。
真空衰变的概念最初出现在1980年《物理评论》杂志上的一篇论文中,作者是西德尼?科尔曼和弗兰克?德卢西亚。早在这之前狄拉克就指出,我们宇宙中的真空可能是一种伪真空,在那似乎空无一物的空间里,幽灵般的虚粒子在短得无法想像的瞬间出现又消失,这瞬息间创生与毁灭的活剧在空间的每一点上无休止地上演,使得我们所说的真空实际上是一个沸腾的量子海洋,这就使得真空具有一定的能级。科尔曼和德卢西亚的新思想在于:他们认为某种高能过程可能产生出另一种状态的真空,这种真空的能级比现有的真空低,甚至可能出现能级为零的“真真空”。这种真空的体积开始可能只有一个原子大小,但它一旦形成,周围相邻的高能级真空就会向它的能级跌落,变成与它一样的低能级真空,这就使得低能级真空的体积迅速扩大,形成一个球形,这个低能级真空球的扩张很快就能达到光速,球中质子和中子将在瞬间衰变,这使得球内的物质世界全部蒸发,一切归于毁灭……
“……以光速膨胀的低能级真空球将在0.03秒内毁灭地球,五个小时内毁灭太阳系,四年后毁灭最近的恒星,十万年后毁灭银河系……没有什么能阻止球体的膨胀,随时时间的推移,整个宇宙都难逃劫难。”排险者说,他的话正好接上了大多数人的思维,难道他能看到人类的思想?排险者张开双臂,做出一个囊括一切的姿势,”如果把我们的宇宙看作一个广阔的海洋,我们就是海中的鱼儿,我们周围这无边无际的海水是那么清澈透明,以至于我们忘记了它的存在。现在我要告诉你们,这不是海水,是*药,一粒火星就会引发毁灭一切的大灾难。作为宇宙排险者,我的职责就是在这些火星期到危险的温度前扑灭它。”
丁仪说:“这大概不大容易,我们已知的宇宙有二百亿光年半径,即使对于你们这样的超级文明,这也是一个极其广阔的空间。”
排险者笑了笑,这是他第一次笑,这笑同样毫无特点:“没有你想的那么复杂。你们已经知道,我们目前的宇宙,只是大爆炸焰火的余烬,恒星和星系,不过是仍然保持着些许温热的飘散的烟灰罢了,这是一个低能级的宇宙,你们看到的类星体之类的高能天体只存在于遥远的过去。在目前的自然宇宙中,最高级别的能量过程,如大质量物体坠入黑洞,其能级也比大爆炸低许多数量级。在目前的宇宙中,发生创世级别的能量过程的惟一机会,只能来自于其中的智慧文明探索宇宙终极奥秘的努力,这种努力会把大量的能量聚焦到一个微观点上,使这一点达到创世能级。所以,我们只需要监视宇宙中进化到一定程度的文明世界就行了。”
松田诚一问:“那么,你们是从何时起开始注意到人类呢?普郎克时代吗?”
排险者摇摇头。
“那么是牛顿时代?也不是?不可能远到亚里士多德时代吧?”
“都不是。”排险者说,“宇宙排险系统的运行机制是这样的:它首先通过散布在宇宙中的大量传感器监视已有生命出现的世界,当发现这些世界中出现有能力产生创世能级能量过程的文明时,传感器就发出警报,我这样的排险者在收到警报后将亲临那些世界监视其中的文明。但除非这些文明真要进行创世能级的试验,我们是绝不会对其进行任何干预的。”
这时,在排险者的头部左上方出现了一个黑色的正方形,约两米见方,正方形充满了深不见底的漆黑,仿佛现实被控了一个洞。几秒钟后,那黑色的空间中出现了一个蓝色的地球影像,排险者指着影像说:“这就是放置在你们世界上方的传感器拍下的地球影像。”
“这个传感器是在什么时候放置于地球的?”有人间。
“按你们的地质学纪年,在古生代末期的石炭纪。”
“石炭纪?”“那就是……三亿年前了!”人们纷纷惊呼。
“这……太早了些吧?”总工程师敬畏地问。
“早吗?不。是太晚了,当我们第一次到达石炭纪的地球,看到在广阔的冈瓦纳古陆上,皮肤湿滑的两栖动物在原生松林和沼泽中爬行时,真吓出了一身冷落。在这之前的相当长的岁月里,这个世界都有可能突然进化出技术文明,所以,传感器应该在古生代开始时的寒武纪或奥陶纪就放置在这里。”
地球的影像向前推来,充满了整个正方形,镜头在各*间移动,让人想到一双警惕巡视的眼睛。
排险者说:“你们现在看到的影像是在更新世末期拍摄的,距今37万年,对我们来说,几乎是在昨天了。”
地球表面的影像停止了移动,那双眼睛的视野固定在非洲*上,这个*正处于地球黑夜的一侧,看上去是一个由稍亮些的大洋三面围绕的大墨块。显然*上的什么东西吸引
了这双眼睛的注意,焦距拉长,非洲*向前扑来,很快占据了整个画面,仿佛观察者正在飞速冲向地球表面。陆地黑白相间的色彩渐渐在黑暗中显示出来,白色的是第四纪冰期的积雪,黑色部分很模糊,是森林还是布满乱石的平原,只能由人想像了。镜头继续拉近,一个雪原充满了画面,显示图像的正方形现在全变成白色了,是那种夜间雷地的灰白色,带着暗暗的谈蓝。在这雪原上有几个醒目的黑点,很快可以看出那是几个人影,接着可以看出他们的身型都有些驼背,寒冷的夜风吹起他们长长的披肩乱发。图像再次变黑,一个人仰起的面孔充满了面画,在微弱的光线里无法看清这张面孔的细部,只能看出他的眉骨和颧骨很高,嘴唇长而薄。镜头继续拉近,这似乎已是不可能再近的距离,一双深陷的眼睛充满了画面,黑暗中的瞳仁中有一些银色的光斑,那是映在其中的变形的星空。
图像定格,一声尖利的呜叫响起,排险者告诉人们,预警系统报警了。
“为什么?”总工程师不解地问。
“这个原始人仰望星空的时间超过了预誓阀值,已对宇宙表现出了充分的好奇。到此为止,已在不同的地点观察到了十例这样的超限事件,符合报警条件。”
“如果我没记错的话,你前面说过,只有当有能力产生创世能级能量、过程的文明出现时,预警系统才会报警。”
“你们看到的不正是这样一个文明吗?
人们面面相觑,一片茫然。
排险者露出那毫无特点的微笑说:“这很难理解吗?当生命意识到宇宙奥秘的存在时,距它最终解开这个奥秘只有一步之遥了。”看到人们仍不明白,他接着说,“比如地球生命,用了四十多亿年时间才第一次意识到宇宙奥秘的存在,但那一时刻距你们建成爱因斯坦赤道只有不到四十万年时间,而这一进程最关键的加速期只有不到五百年时间。如果说那个原始人对字宙的几分钟凝视是看到了一颗宝石,其后你们所谓的整个人类文明,不过是弯腰去拾它罢了。”
丁仪若有所悟地点点头:“要说也是这样,那个伟大的望星人!”
排险者接着说:“以后我就来到了你们的世界,监视着文明的进程,像是守护着一个玩火的孩子。周围被火光照壳的宇宙使这孩子着迷,他不顾一切地把火越燃越旺,直到现在,宇宙已有被这火烧毁的危险。”
丁仪想了想,终于提出了人类科学史上最关键的问题:“这就是说,我们永远不可能得到大统一模型,永远不可能探知宇宙的终极奥秘?”
科学家们呆呆地盯着排险者,像一群在最后审判日里等待宣判的灵魂。
“智慧生命有多种悲哀,这只是其中之一。”排险者谈谈地说。
松田诚一声音频抖地问:“作为更高一级的文明,你们是如何承受这种悲哀的呢?”
“我们是这个宇宙中的幸运儿,我们得到了宇宙的大统一模型。”科学家们心中的希望之火又重新开始燃烧。
丁仪突然想到了另一种恐怖的可能:“难道说,真空衰变已被你们在宇宙的某处触发了?”
排险者摇摇头:“我们是用另一种方式得到的大统一模型,这一时说不清楚,以后我可能会详细地讲给你们听。”
“我们不能重复这种方式吗?”排险者继续摇头:“时机已过,这个宇宙中的任何文明都不可能再重复它。”
“那请把宇宙的大统一模型告诉人类!”
排险者还是摇头。
“求求你,这对我们很重要,不,这就是我们的一切!”丁仪冲动地去抓排险者的胳膊,但他的手毫无感觉地穿过了排险者的身体。
“知识密封准则不允许这样做。”
“知识密封准则?”
“这是宇宙中文明世界的最高准则之一,不允许高级文明向低级文明传递知识,我们把这种行为叫知识的管道传递。低级文明只能通过自己的探索来得到知识。”
丁仪大声说:“这是一个可理解的准则:如果你们把大统一模型告诉所有渴求宇宙最终奥秘的文明,他们就不会试图通过创世能级的高能试验来得到它,宇宙不就安全了吗?”
“你想得太简单了:这个大统一模型只是这个宇宙的。当你们得到它后就会知道,还存在着无数其它的宇宙,你们接着又会渴求得到制约所有宇宙的超统一模型。而大统一模型在技术上的应用会使你们拥有产生更高能量过程的手段,你们会试图用这种能量过程击穿不同宇宙问的壁垒,不同宇宙间的真空存在着能级差,这就会导致真空衰变,同时毁灭两个或更多的宇宙。知识的管道传递还会对接收它的低级文明产生其它更直接的不良后果和灾难,其原因大部分你们目前还无法理解,所以知识密封准则是绝对不允许违反的。这个准则所说的知识不仅是宇宙的深层秘密,它是指所有你们不具备的知识,包括各个层次的知识:假设人类现在还不知道牛顿三定律或微积分,我也同样不能传授给你们。”
科学家们沉默了,在他们眼中,已升得很高的太阳熄灭了,一切都陷入黑暗之中。整个宇宙顿时变成一个巨大的悲剧,这悲剧之大之广他们一时还无法把握,只能在余生细水长流地受其折磨,事实上他们知道,余生已无意义。
松田诚一瘫坐在草地上,说了一句后来成为名言的话:“在一个不可知的宇宙里,我的心脏懒得跳动了”
他的话道出了所有物理学家的心声,他们目光呆滞,欲哭无泪。就这样不知过了多长时间,丁仪突然打破沉默:
“我有一个办法,既可以使我得到大统一模型,又不违反知识密封准则。“
排险者对他点点头:“说说看。”
“你把宇宙的终极奥秘告诉我,然后毁灭我。”
“给你三天时间考虑。”排险者说,他的回答不假思索十分迅速,紧接着丁仪的话。
丁仪欣喜若狂:“你是说这可行?”
排险者点点头。
真理祭坛
人们是这么称呼那个巨大的半球体的,它的直径五十米,底面朝上球面向下放置在沙漠中,远看像一座倒放的山丘。这个半球是排险者用沙子筑成的,当时沙漠中出现了一股巨大的龙卷风,风中那高大的沙柱最后凝聚成这个东西。谁也不知道他是用什么东西使大量的沙子聚合成这样一个精确的半球形状,其强度使它球面朝下放置都不会解体。但半球这样的放置方式使它很不稳定,在沙漠中的阵风里它有明显的摇晃。
据排险者说,在他的那个遥远世界里,这样的半球是一个论坛,在那个文明的上古时代,学者们就聚集在上面讨论宇宙的奥秘。由于这样放置的半球的不稳定性,论坛上的学者们必须小心地使他们的位置均匀地分布,否则半球就会倾斜,使上面的人都滑下来。排险者一直没有解释这个半球形论坛的含义,人们猜测,它可能是暗示宇宙的非平衡态和不稳定。
在半球的一侧,还有一条沙子构筑的长长的坡道,通过它可以从下面走上祭坛。在排险者的世界里,这条坡道是不需要的:在纯能化之前的上古时代,他的种族是一种长着透明双翼的生物,可以直接飞到论坛上。这条坡道是专为人类修筑的,他们中的三面多人将通过它走上真理祭坛,用生命换取宇宙奥秘。
三天前,当排险者答应了丁仪的要求后,事情的发展令世界恐慌:在短短一天时间内,有几百人提出了同样的要求,这些人除了世界核子中心的其他科学家外,还有来自世界各国的学者,开始只有物理学家,后来报名者的专业越出了物理学和宇宙学,出现了数学、生物学等其它基础学科的科学家,甚至还有经济学和史学这类非自然科学的学者。这些要求用生命来换取真理的人,都是他们所在学科的刀锋,是科学界精英中的精英,其中诺贝尔奖获得者就占了一半,可以说,在真理祭坛前聚集了人类科学的精华。
真理祭坛前其实已不是沙漠了,排险者在三天前种下的草迅速蔓延,那条草带已宽了两倍,它那已变得不规则的边曲已伸到了真理祭坛下面。在这绿色的草地上凝集了上万人,除了这些即将献身的科学家和世界各大媒体的记者外,还有科学家们的亲人和朋友,两天两夜无休止的劝阻和哀求已使他们心力交瘁,精神都处于崩溃的边缘,但他们还是决定在这最后的时刻做最后的努力。与他们一同做这种努力的还有数量众多的各国*的代%
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时间:2022-06-18 23:45
回答你第1个问题如下:
量子理论的基本原则是沃纳·海森伯( Werner Heisenberg ) 的不确定原理。根据这一原理,量子物体的所有属性都不具有完全确定的值。例如,一个光子或一个电子不可能同时具有确定的位置和确定的动量。对一确定的时刻,它也不可能有确定的能量。这里我们关心的是能量不确定性。尽管在宏观世界里能量是守恒的(它既不能创造也不会消失),但是在亚原子量子领域里这个定律就失效了。能量可随时自发出现无法预言的变化。所考虑的时间间隔越短,这种量子随机涨落就越大。实际上,粒子可以从我们不知道的某个地方借来能量,只要这份能量马上归还就行。海森伯不确定原理的准确数学形式要求大宗的能量借贷必须很快归还,而少量的借贷则可保留较长的时间。
能量的不确定性会引出一些奇怪的效应,诸如光子那样的粒子可以突然从虚无中生成,不过过后它又马上再度消失,出现这种现象的概率便是上述奇怪效应中的一种。这种粒子依靠借来的能量,因而也是依靠借来的时间得以生存。我们看不到它们是因为它们只是闪电般地一现即没,但是又确实在原子系统的特性中留下它们曾存在过的痕迹,而这些痕迹是可以测量的。事实上,通常认为的真空确实充满着川流不息的一群群这类瞬时存在的粒子,它们不仅有光子,还有电子、质子相别的所有粒子。为了把这种瞬时粒子与我们比较熟悉的永久粒子相区别,前者称为“虚”粒子,而后者则称为“实”粒子。
除瞬时性外,虚粒子与实粒子是完全相同的。实际上,如果用某种方法从外界补充足够的能量偿还海森伯能量借贷的话,那么虚粒子就有可能升格为实粒子,而且与其他同种实粒子没有任何区别。例如,一个虚电子在典型情况下只能存在大约 10-21 秒。 在它短促的生存期中,虚电子并非静止不动,它在消失之前可以走过 10-11 厘米的距离(作为比较,原子的直径约为 10-8 厘米)。如果这个虚电子在这么短的时间内得到能量(譬如说从电磁场),它就未必会消失,而是可以作为一个完全普通的电子继续存在。
尽管看不见这些虚粒子,但它们实实在在存在于真空之中。这不仅因为真空包含一个潜在的永久性粒子库,还因为尽管它们以半真半虚的形式出现,这些幽灵般的量子实体依然会留下它们的活动痕迹,而且可以探测到。例如虚光子的效应之一是使原子的能级发生极少量的偏移。它们也能使电子磁矩发生同样细微的变化。这些细微然而却很重要的变化已用光谱技术精确地测量到。
考虑到亚原子粒子一般不自由移动,但要受到各种与粒子种类有关的力的作用,对上述简单的量子真空图象要作些修正。这种种力也在相应的虚粒子之间发生作用。因此,也许存在不止一种真空态。许多可能的“量子态”的存在是量子物理的普遍特征。最为熟知的是原子的各种能级。这里,一个绕原子核转动的电子可以有某些非常确定的能态,而这些能态又对应着确定的能量。最低的能级称为基态,它是稳定的。较高的能级称为激发态,它们是不稳定的。如果一个电子闯入一个较高的能态,它会向下跃迁返回基态,而跃迁的途径可以不止一种。这种激发态有很确定的“衰变”半衰期。
类似的原理适用于真空。它可以有一种或多种激发态。这些激发态有各不相同的能量,不过它们的实际表象完全相同,即都是真空。最低的能态,也就是基态,有时称为“真”真空,以反映它是稳定态这一事实,大体上对应今天宇宙的真空区域。激发真空则称为“伪”真空态。
应当说,伪真空态仍然是一种纯理论的观念,其性质在很大程度上取决于所用的特定理论。但是,伪真空态很自然地出现在现今所有试图统一各种自然力的理论中。现在已确认的基本力看来有 4 种:日常生活所熟悉的引力和电磁力,以及两种短程核力——弱力和强力。这份清单过去还要长些。例如,电和磁就曾被看作是截然不同的东西,
电与磁的统一过程开始于 19 世纪初。当时,汉斯·克里斯琴·奥斯特( Hans Christian Oersted )发现电流产生磁场,而迈克尔·法拉第( Michel Faraday )则发现运动的磁铁会产生电流。很清楚,电与磁是有内在联系的。但是,直到 19 世纪 50 年代,詹姆斯·克拉克·麦克斯韦( James Clerk Maxwell )才指示了这种联系的细节。麦克斯韦通过一组数学方程精确描述这些“电磁”现象,并预言电磁波的存在。不久,人们便意识到光也是这种波的一个例子,而且还应当存在其他形式的波,如射电波和 X 射线。因此,表面上两种不同的自然力——电力和磁力——原来是单一电磁力的两种表现,它有着自身特有的一些现象。
最近几十年来,这种统一过程有了更深入的发展。根据现在的认识,电磁力和弱核力是有联系的,是单一“电弱”力的组成部分。许多物理学家相信、作为所谓大统一理论的一部分,将来也会证明强力与电弱力有联系。不仅如此,所有 4 种力可能在某种足够深的层次上合成为单一的超力。
企图统一电弱力和强力的一些大统一理论预言了一种最有前途的暴胀力。这些理论的一个关键特征是,伪真空态的能量大得惊人:典型情况是,1 立方厘米的空间含有 10^87 焦耳的能量!甚至一个原子的体积也会拥有 10^62 焦耳的能量。一个受激原子却只具有 10^-18 焦耳左右的能量,两者相比,后者简直是微乎其微。因此,要激发真空,需要极大的能量,而在今天的宇宙中我们不企望会找到这种状态。另一方面,一旦有了大爆炸的极端条件,这些数字就比较说得通了。
与伪真空联系在一起的巨大能量具有强大的引力效应。这是因为能量具有质量,这一点爱因斯坦已经为我们指出了,所以它可以像正常物质一样受引力吸引。量子真空的巨大能量拥有巨大的吸引力:1 立方厘米伪真空的质量重达 10^64 吨,这比今天整个可观测宇宙的质量(约 10^48 )还大!这种异常的引力对暴胀的产生毫无用处,后者要求某种反引力过程。但是,巨大的伪真空能量是和同等巨大的伪真空压力联系在一起的,而正是这种压力起着奇妙的作用。通常,我们并不把压力看作为引力源,但这种压力却是一种引力源。在一般物体中,物体压力的引力效应与物体质量的引力效应相比是微不足道的。例如,人体重量中只有不到十亿分之一是由地球内部压力产生的,不过,这种效应确实存在,而且在一个压力极其巨大的系统中,压力引力可以与质量引力相比拟。
在伪真空的情况下,既有巨大的能量,又有与之相仿的巨大压力,它的相互争夺对引力的支配权,但是,关键的性质在于压力是负的。伪真空起的作用不是排斥而是吸引。现在,负压力产生负引力效应,这就是所谓的反引力。因此,伪真空的引力作用归结为它的能量的巨大吸引效应和它的负压力的巨大排斥效应之间的竞争。最终压力获得了胜利,其净效应是产生一种非常大的排斥力,它可以在一刹那间把宇宙冲开。就是这种庞大的暴胀推力,使宇宙的尺度以极快的速度即每 10^-34 秒增大一倍。
就内禀性质来说,伪真空是不稳定的。像所有的激发量子态一样,它要发生衰变以回到基态——真真空。在几十个滴答之后,它就可能衰变。作为一种量子过程,它必然表现出上面讨论过的无法避免的不可预测性和随机涨落,这些性质都与海森伯不确定原理有关。这意味着衰变的发生就整个空间而言不是均匀的,而是会有涨落。某些理论家认为,这些涨落可能就是宇宙背景辐射探测卫星观测到的强度起伏的缘由。
在伪真空衰变后,宇宙重新恢复它正常的减速膨胀,由暴胀进入爆炸。封闭在伪真空中的能量得以释放,并以热的形式出现。由暴胀产生的巨大膨胀使宇宙冷却,直到温度十分接近绝对零度,然后暴胀的突然结束再次把宇宙加热到 1028 度的极高温度。今天,这个巨大的热库已几乎完全消失,残留下来的就是宇宙背景热辐射。作为真空能量释放的副产品,量子真空中的许多虚粒子获得其中的一部分能量,并转变成实粒子。这些粒子的遗骸留存至今,成为组成你、我、银河系和整个可观测宇宙的 10^48 吨物质。
参考资料:http://zhidao.baidu.com/question/4618049.html
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时间:2022-06-18 23:46
真空衰变的概念最初出现在1980年《物理评论》杂志上的一篇论文中,作者是西德尼.科尔曼和弗兰克.德卢西亚。早在这之前狄拉克就指出,我们宇宙中的真空可能是一种伪真空,在那似乎空无一物的空间里,幽灵般的虚粒子在短得无法想像的瞬间出现又消失,这瞬息间创生与毁灭的活剧在空间的每一点上无休止地上演,使得我们所说的真空实际上是一个沸腾的量子海洋,这就使得真空具有一定的能级。科尔曼和德卢西亚的新思想在于:他们认为某种高能过程可能产生出另一种状态的真空,这种真空的能级比现有的真空低,甚至可能出现能级为零的“真真空”。这种真空的体积开始可能只有一个原子大小,但它一旦形成,周围相邻的高能级真空就会向它的能级跌落,变成与它一样的低能级真空,这就使得低能级真空的体积迅速扩大,形成一个球形,这个低能级真空球的扩张很快就能达到光速,球中质子和中子将在瞬间衰变,这使得球内的物质世界全部蒸发,一切归于毁灭……
……以光速膨胀的低能级真空球将在0.03秒内毁灭地球,五个小时内毁灭太阳系,四年后毁灭最近的恒星,十万年后毁灭银河系……没有什么能阻止球体的膨胀,随时时间的推移,整个宇宙都难逃劫难,如果把我们的宇宙看作一个广阔的海洋,我们就是海中的鱼儿,我们周围这无边无际的海水是那么清澈透明,以至于我们忘记了它的存在。现在要说,这不是海水,是*药,一粒火星就会引发毁灭一切的大灾难。
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真空不空,这是现代物理的一个论述。简单说来就是说真空之中并不是真的一无所有,真空中无时无刻的产生正负德粒子,随之湮灭。就好像水中的空气,随时产生又随时破灭。真空就像水,产生的粒子就好像气泡。这就是真空不空的简单描述。这种成对粒子的产生与湮灭无处不在,根本就不需要粒子加速人工造成,这种高能状态就存在于甚至真空之中。
宇宙真空就象充满引力子、反引力子的汤,可以用水来作比喻,拧开水龙头往一个空杯子里灌水,水流在杯子中的混沌运动就象宇宙的引力子、反引力子汤,在水流的高速碰撞中会产生众多泡沫,这些泡沫就相当于在真空中生成的粒子,泡沫上的水分子就相当于引力子、反引力子,只不过大小不同而已,宇宙万物的道理都是相通的,因为它们都有共同起源。
宇宙中运行的引力子、反引力子时刻与各种粒子进行着能量交换,如果将粒子比作人,那引力子、反引力子就相当于空气,如果将粒子比作水中的鱼,那引力子、反引力子就相当于水。
宇宙广大区域的真空中运行着光速的光子、中微子,超光速的引力子、反引力子,用E1=ma2方程计算,真空中蕴藏着的能量是很大的,而且不同区域的真空蕴藏的能量差异极大,如黑洞奇点的真空区和宇宙奇点的真空区与宇宙广大区域的真空相比较。
宇宙真空充满了引力子和反引力子,而且由于纯引力的黑洞存在,宇宙总体上已出现了引力子和反引力子的不对称,即引力子总量多于反引力子。对称性破缺的本质来自于宇宙真空的不对称性产生真空对称性自发破缺机制。
如果系统受到一个小扰动破坏了它的对称性,我们说它的对称性破缺,比如,原子中的这样一个扰动可以由电场引起,由于扰动的作用,原子将不再停留在它原先的定态上,而从一个能级跃迁到另一个能级,并发射或吸收一个可见光光子。对称性破缺同样出现在粒子中,这时的干扰因素就是宇宙中无所不在的引力子和反引力子。之所以出现“宇称不守恒”,是因有些粒子在真空中的引力子、反引力子的干扰下,必然会出现上述现象,而且较易出现在有弱核力参与的粒子转化过程中,因为这种力较弱,即反引力场较弱,较易受到外界的引力子或反引力子的干扰。
在宇宙中,上下级物质特别容易产生干扰,形成对称性破缺,粒子级物质较易对原子形成干扰,因为前者是后者的结构材料,同理,引力子级物质较易对粒子形成干扰,形成对称性破缺。而引力子级物质对原子、分子、生物体较难在短期内形成可察觉的干扰,因为它们存在巨大的质量差异,这种干扰只能渐进式的,一种从“量变到质变”的缓慢过程,引力子级物质最先影响粒子级物质,通过它逐渐对原子形成影响。
粒子世界的“不确定”、“测不准”就是因为粒子质量太小,而宇宙真空中的引力子、反引力子密度比光子、中微子等粒子高出很多倍,引力场使得宏观宇宙的时空都发生弯曲,粒子在无数引力子和反引力子的碰撞干扰下,出现“不确定”、“测不准”是必然的。
正是真空的这种特性,造成“宇称不守恒、CP破坏及时间(T)反演不变性的破坏、规范对称性的自发破缺”等一系列对称性丢失。而且宇宙必须存在对称中的不对称,完全对称的宇宙将会凝结,如果正奇子与反奇子在对抗与协同中完全对称,将不可能形成引力子与反引力子,如果正、反夸克组合出完全对称的正、反质子,正、反中子,今日的宇宙将只剩下微波辐射。
宇宙微观量子环境
粒子能在真空中产生,实际上是由真空中运行的引力子、反引力子组合成的,在宇宙空间中,引力子、反引力子的密度比光子、中微子高得多,整个宇宙就象一碗充满引力子、反引力子的汤。宇宙不同区域,能量差异极大,能量越高,这碗汤中的引力子、反引力子就越浓,因此在高能加速器中,是极易从真空中生成一大群粒子的。宇宙中所有粒子都时刻辐射着引力子、反引力子,同时又从外界吸收引力子、反引力子,两者总体上形成平衡,如果出现不平衡,就产生多种对称性破缺。
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时间:2022-06-18 23:46
“黑洞”是一种天体:它的引力场强大得就连光也不能逃脱出来。根据广义
相对论,引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没
什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半
径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间
返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表
面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像
宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。实际上黑洞真
正是“*”的,下面将会叙述。
黑洞是怎样形成的呢?其实,跟白矮星和中子星一样,黑洞很可能也是由恒
星演化而来的。我们曾经比较详细地介绍了白矮星和中子星形成的过程。当一颗
恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已
经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳
的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力
与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子
星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过
了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。
这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一
个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度
(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向
外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无
法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎
么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传
播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯
曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,
而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏
离了原来的方向。
在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,
空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部
分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。
所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,
这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它
方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能
看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
“黑洞”无疑是本世纪最具有挑战性、也最让人激动的天文学说之一。许多
科学家正在为揭开它的神秘面纱而辛勤工作着,新的理论也不断地提出。不过,
这些当代天体物理学的最新成果不是在这里三言两语能说清楚的
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时间:2022-06-18 23:47
黑洞有强大的引力,黑洞是爱因斯坦的广义相对论的最著名的预测之一。它提出了引力场将使时空弯曲。当恒星的体积很大时,它的引力场对时空几乎没什么影响,从恒星表面上某一点发的光可以朝任何方向沿直线射出。而恒星的半径越小,它对周围的时空弯曲作用就越大,朝某些角度发出的光就将沿弯曲空间返回恒星表面。
等恒星的半径小到一特定值(天文学上叫“史瓦西半径”)时,就连垂直表面发射的光都被捕获了。到这时,恒星就变成了黑洞。说它“黑”,是指它就像宇宙中的无底洞,任何物质一旦掉进去,“似乎”就再不能逃出。
黑洞的形成
当一颗恒星衰老时,它的热核反应已经耗尽了中心的燃料(氢),由中心产生的能量已经不多了。这样,它再也没有足够的力量来承担起外壳巨大的重量。所以在外壳的重压之下,核心开始坍缩,直到最后形成体积小、密度大的星体,重新有能力与压力平衡。
质量小一些的恒星主要演化成白矮星,质量比较大的恒星则有可能形成中子星。而根据科学家的计算,中子星的总质量不能大于三倍太阳的质量。如果超过了这个值,那么将再没有什么力能与自身重力相抗衡了,从而引发另一次大坍缩。
这次,根据科学家的猜想,物质将不可阻挡地向着中心点进军,直至成为一个体积趋于零、密度趋向无限大的“点”。而当它的半径一旦收缩到一定程度(史瓦西半径),正象我们上面介绍的那样,巨大的引力就使得即使光也无法向外射出,从而切断了恒星与外界的一切联系——“黑洞”诞生了。
黑洞“隐身术”
与别的天体相比,黑洞是显得太特殊了。例如,黑洞有“隐身术”,人们无法直接观察到它,连科学家都只能对它内部结构提出各种猜想。那么,黑洞是怎么把自己隐藏起来的呢?答案就是——弯曲的空间。我们都知道,光是沿直线传播的。这是一个最基本的常识。可是根据广义相对论,空间会在引力场作用下弯曲。这时候,光虽然仍然沿任意两点间的最短距离传播,但走的已经不是直线,而是曲线。形象地讲,好像光本来是要走直线的,只不过强大的引力把它拉得偏离了原来的方向。
在地球上,由于引力场作用很小,这种弯曲是微乎其微的。而在黑洞周围,空间的这种变形非常大。这样,即使是被黑洞挡着的恒星发出的光,虽然有一部分会落入黑洞中消失,可另一部分光线会通过弯曲的空间中绕过黑洞而到达地球。所以,我们可以毫不费力地观察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一样,这就是黑洞的隐身术。
更有趣的是,有些恒星不仅是朝着地球发出的光能直接到达地球,它朝其它方向发射的光也可能被附近的黑洞的强引力折射而能到达地球。这样我们不仅能看见这颗恒星的“脸”,还同时看到它的侧面、甚至后背!
“黑洞”会吞噬地球吗?
科学家预言70年内灾难
美国纽约布鲁克哈文实验室七年前建造了全球最大的粒子加速器,将金离子以接近光速对撞而制造出高密度物质。物理学家担忧该座加速器可产生类似黑洞的高密度物质,把实验室甚至整个地球吞噬。
危险指数:十分
发生的机会:几乎无可能
星体塌陷为黑洞的艺术效果图
“半人马座A*”黑洞及其周边“恒星环”的模拟图。