但在黑洞里面能否看到外面的世界呢 在外面看不到黑洞里面 (黑洞里面看外面)

admin 2024-12-06 36 0

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在外面看不到黑洞里面,但在黑洞里面能否看到外面的世界呢?

答:理论上有黑洞外面的物质和信息流入黑洞,那么在黑洞里面就能看到外面的世界,但是距离奇点越近,外面进来的信息被扭曲得越严重。

从上世纪八十年代人类发现并证实首颗黑洞,到2019年科学家公布首张黑洞照片以来,人类对黑洞的研究越来越深入,但是现有理论无法描述黑洞内部的情况,尤其是黑洞奇点时现有理论都失效了,所以有关黑洞内部的描述都只能是猜测。

在理论方面,有个关于穿过黑洞视界的争议,相对论认为黑洞视界就是一个平滑过渡的边界,一旦越过边界就无法出来,但是按照量子力学的描述,黑洞视界可能存在一堵“火墙”,一切穿过视界的物体都将被销毁。

相对论在描述宏观和高速时非常成功,而量子力学在描述微观时非常成功,黑洞奇点理论上是一个体积无穷小,引力无穷大的点,属于相对论和量子力学共同的极端情况,至于谁的描述正确目前谁也不知道,或许两者的描述都不对。

根据广义相对论的描述,中小质量黑洞在视界处产生的潮汐力非常严重,严重到可以把人轻易撕成碎片;但是对于超大质量黑洞而言,虽然黑洞的引力很强,但是在视界处的潮汐力非常弱,弱到比地球表面的潮汐力还小,黑洞平均密度甚至比空气密度还小,于是你可以轻易地穿过黑洞视界。

当你进入黑洞之后,会被黑洞的引力拉向奇点处,距离奇点越近,黑洞的潮汐力越大,引力也越强,时间的流逝速度(相当于外界)也越慢。

如果在你还没被黑洞的潮汐力撕碎前,你往身后观察,你将看到视界处闪烁着耀眼的光芒,此时的时间正在以千万倍的速度流逝,你的一秒钟,在视界外或许是几十年甚至几十万年。

理论上,当你接近黑洞奇点时,你的时间也将趋近于停止,如果你能在这安全地待上一会,那么外面的世界可能已经是世界末日了。

就如《三体》中描述的那样,程心和关一帆被困在低光速黑洞的十六天时间里,外面的世界已经过了一千八百万年,黑洞内的一瞬间,对于外界来说就是沧海桑田。

先来一张前段时间比较火的黑洞图片——距离我们5500万光年外室女座星系团中的超大质量黑洞M87(65亿倍太阳质量),这是人类第一次拍摄到黑洞的照片,顺便把太阳系冥王星轨道大小和旅行者一号的位置标注对比了一下, 这么看,这个黑洞确实很大,差不多把太阳系装进去了。

这张照片满足了很多吃瓜网友的好奇心,但是,相对于人类“看”到黑洞,很多人也对黑洞里面是什么样子更感兴趣,那么黑的黑洞我们都能“看到”,如果进入到黑洞里面向外看,会是什么样子呢? 对于这个问题,不但网友感兴趣,很多科学家也很好奇,但是,以现在的物理学理论根本就无法回答这个问题,这也没办法,因为现有的物理理论在黑洞内部或附近要么失效,要么很难验证。

因为信息的“屏蔽”,我们永远也不会知道视界的另一面是什么样子 。

但这并不妨碍我们依据已有的理论,还可以参考一些假说对黑洞内部进行一个“猜想”,用脑洞去“看”黑洞。

如果选择一个准备进去其内部的黑洞,建议还是选择一个大质量黑洞吧,最好是个超大质量黑洞,几百万太阳质量以上的那种,并且是不太活跃的那种,不然的话,你就得先想方设法的躲过周围吸积盘的高温,还有各种高能射线,以及传说中的“黑洞火墙”,另外,对于小质量黑洞,你在靠近的时候就会因为身体尺寸的引力差,也就是潮汐力拉扯成“面条人”或是撕扯成无数分子碎片落入黑洞,还没进去就可以宣告失败了。

好了,我们选择了一个周围已经没有多少物质的超大质量黑洞,就像M87那样的。

在你慢慢坠入黑洞时,你会发现光线慢慢弯曲,事件视界处的景象向着你来的方向弯曲包裹住你,你可以看到越来越多的宇宙景象,就像一个巨大的鱼眼镜头,当光线弯曲到一定程度的时候,你是能够看到自己的后脑勺的。

之后,你会发现迎向你的光线颜色越来越蓝,你能感觉到时间越来越快,你眼前的一切景象都会一闪而过,这时你已经到达了无限红移面,无限接近视界面了,当最后一道无穷亮的高能射线闪瞎你的钛合金双眼,你到达了进入黑洞前的最后一关——火墙。

虽然火墙目前还是理论上的猜想,但幸运的你出于某种原因或者我们还不了解的理论,你安全的穿越了火墙,进入了黑洞视界以内,这时,你发现事件视界已经在你的头顶闭合了。

如果某种目前不清楚的原因使得你可以幸存下来,在大家的注视下你把最后的影像永远留在了黑洞界面上,接下来,会是什么样呢?我们只能靠“猜”了,因为 在奇点附近,我们已知的物理定律全都失效,我们无法预言会看到什么 。

这个问题可以讨论,但不建议抬杠。

在进入视界内的那一瞬间,你可能会看到宇宙时间的尽头,而 视界内,时间与空间的坐标互换。

无论你朝哪个方向前进,都是奔向奇点,因为此时你所处空间的任何方向都是指向黑洞中心的奇点的方向,就像在视界外,时间箭头的方向只有一个 。

这有点像你在北极点,除了上下两个方向,四面八方都是南,不过那个是在二维和三维上,而在黑洞内部,有可能是更高的维度,而你无论做出什么样的举动都是要坠入奇点。

你会看到什么?有些网友认为会看到无数的光,因为被黑洞捕获的光和其他物质都会和你一起落入黑洞,然后,可能会在另一个时空的白洞中被抛射出来,也有人认为,你会进入一个更加“奇异”的时空维度,就像“星际穿越”里面描述的那样,来到一个“高维宇宙”,像里面的男主角那样身处一个时间矩阵当中,可以观察各个时间点发生的事情。

或者,黑洞里面是预言中“虫洞”的入口,可以通过黑洞进入其他的平行宇宙,因为,平行宇宙并不一定和我们的宇宙是绝对平行的,在某个时空也是可以相交的,在交点处也许就是通过一些黑洞连接的。

总之,黑洞里面的景象尽可以打开脑洞去想象,反正也无法通过实验验证,理论验证目前也办不到。

但对于一些超大质量黑洞来说,更可能的是进入了一个像我们这样的宇宙,因为我们的宇宙也可以看做是一个黑洞内部,因为光也无法跑出我们这个宇宙的可观测半径。

对于黑洞的大小和密度,我们一般用史瓦西半径和史瓦西密度来表示,公式不用研究,我只需要知道 黑洞的质量与黑洞半径成正比,与黑洞大小(体积)的三次方成正比,黑洞密度和质量的平方成反比就可以了 。

如果我们把我可见宇宙的质量带入公式,可以得到一个史瓦西密度,与我们目前观测得到的宇宙密度比较一下,发现是大于史瓦西密度的,这就意味着,如果我们的宇宙是均匀的话,那么我们就可以认为我们的宇宙是一个黑洞,这也是黑洞宇宙模型的由来。

对于黑洞内的景象,你们又有什么看法呢?面对这样的问题,我本来只是“呵呵”,但忍不住还是来说说。

因为很多人都有这样的疑惑。

黑洞视界是我们这个世界和另一个世界的分界点,进入了黑洞视界里面就到了另一个世界,人去了另一个世界,还能回望吗? 一些神话鬼话常有描述,到了地狱还可以回望人间,还可以变鬼来到人间到处游荡,腾云驾雾飘飘忽忽,比做人还潇洒自如,而且本事很大,飞来飞去兮,乐在其中。

如果真是这样,人还怕死干嘛?死了岂不更自由快活?某些人常常臆想得到神功特异功何不早点去那里镀镀金一试? 可惜人类有记载 历史 几千年来,从来也没有人能够拿出一点证据,证明这些不是胡说八道和骗人的鬼话。

那么是不是有这种幻想的人,又想在黑洞里实现自己的愿望? 这种痴心妄想在那里能否实现呢? 其实很多人连什么是“看得到看不到”都没弄明白,就老幻想着诸如此类的问题。

现在我们来简单科普一下,什么是看得到。

人的眼睛看到的事物是因为世上有可见光存在,人眼中的感光细胞只对可见光敏感,所以凡是能发光和能够反射光的物体,人眼睛就能够看到。

没有光,就什么也看不到。

不信,你躲在一个没有一点亮光的暗室里,你还能看到什么? 即便有光,这个看到也是有条件的,这个条件就是要这个发光或者反光物体足够大,进入眼帘的张角要等于或大于1。

也有研究认为,人眼能够看到的张角极限还能更小一些。

什么是目视张角?就是进入眼帘的物体至少要在你视网膜上形成一个最小的点。

研究认为,正常人的明视距离为25厘米能够看清0.073毫米间隔的两个物点。

也有说在明视距离能够看清1毫米中的五对线,这是人眼张角的极限。

这就是说,虽然有光,看到的这个物体也要足够大和不要太远。

一个细菌、病毒即便在你的巴掌心,你也看不到;一颗恒星很大很亮,如果在几万几亿光年外,你凭肉眼也无法看到。

因为这些东西进入你的视网膜,都远远达不到1‘张角。

现在我们来说说黑洞。

过去时空通讯发表过的许多问答和文章中,都有对黑洞作过详细的描述,这里再不厌其烦简单说一下。

黑洞的实质,是在超强压强下,一个物体龟缩进了自身质量的史瓦西半径里面了,这样就形成了无可遏制的无限塌缩,所有的物质都无限的坠落到了中心那个质点上。

这个质点就是奇点。

奇点没有体积,因此被认为体积无限小、密度无限大、曲率无限大、温度无限高。

这些特性都是因为质点无限小而衍生出来的。

因为无限小,就无法衡量物质密度了,哪怕1克物质龟缩到无限小,谁能说出它的密度呢?当然只能是密度无限大了。

温度无限高也是这么来的。

曲率无限大,就是时空弯曲到了极限,弯曲到了无限小的奇点上。

时空弯曲是引力的本质,引力是时空弯曲的表象,奇点曲率无限大,也就是引力无限大。

但这个无限引力的影响范围是有限的。

这个范围有多大呢?这就是质量的史瓦西半径,也就是质量一旦龟缩到这个半径,就成为一个黑洞的那个半径。

这个半径是围绕着奇点的一个球面。

这个半径的大小是与质量成正比,质量越大,半径就越大。

计算这个半径的公式是100多年前的德国天文学家、物理学家卡尔·史瓦西发现的,因此就叫做史瓦西半径。

史瓦西半径的公式表达为:R=2GM/C² 其中R为史瓦西半径值,G为引力常量(G=6.67×10^-11N·m²/kg²),M为物体质量,C为光速。

根据这个公式,计算出地球这么大质量的天体,史瓦西半径约9毫米,太阳质量的天体,史瓦西半径约3000米。

实际上,宇宙中发现的黑洞最小都有太阳质量3倍多,其史瓦西半径就有约9000米,也就是约9公里。

目前发现宇宙中存在最大的黑洞约太阳质量的660亿倍,其史瓦西半径半径就达到约1980亿公里。

黑洞有一个事件视界,是人类观测黑洞能看到和看不到的分界线。

史瓦西半径边界外,就是人眼能够看到可见光的地方,或者通过射电射线望远镜能够观测到各种能量射线的地方,这个地方就叫事件视界。

这个地方是黑洞活动能被人观测到和不能观测到的分界点。

这个分界点里面,就进入黑洞的史瓦西半径以内,就什么也看不到了。

黑洞的质量都龟缩到了无限小的奇点上,黑洞本身本来是看不到的。

但黑洞还保持着几个基本物理量,就是质量、角动量、电荷,这些物理量会影响其周边时空。

强大的引力会拉扯吞噬附近的恒星、星际物质,这样就把自己的质量、角动量、电荷显示出来,从而被人类所观测到,并且根据这些观测数据可以计算出黑洞的质量。

黑洞会使其引力圈里的恒星物质拉成长条一点点吃掉,也会把星际物质吸引到周边,形成一个高亮高温吸积盘,围绕着黑洞高速旋转。

这种旋转速度在靠近史瓦西半径处可达光速一半甚至接近光速。

这些物质在剧烈的碰撞和挣扎中,迸发出强烈的能量射线,可见光、X射线、γ射线。

这些物质在亿度以上的超高温和超高速碰撞中,原子都无法存在,分解成更小的粒子被吸入黑洞。

黑洞中连我们认知的粒子都不存在了。

所有的物质一旦进到黑洞,我们所认知的粒子也无法存在了,因为在那里连光都无法逃逸,也就是说所有的物质都以超光速坠落到奇点中。

如果还有我们世界所认知的粒子存在,就不可能达到光速,也不可能锁住光。

在奇点处,时空已经被破坏或者合二为一,我们认知的一切都不存在。

那么,我们有什么理论能够说明在黑洞里面还能够看到外面呢?或者又有什么理由从黑洞里看不到外面呢? 作为观测者的人类,用具有感光细胞的眼睛去看黑洞时,在很远的距离是可以的。

一旦接近了黑洞,就早已经被黑洞巨大的引力场撕裂成齑粉了,怎么看呢? 即便有孙猴子的钢筋铁骨,在黑洞吸积盘外围暂时没有被撕裂,随着接近视界边缘,在那种极端的高速和高温中,这个世界还有什么能够不融化呢? 其实也不是融化,而是分解了,连组成物质的基本单元原子都不存在了,还拿什么看呢? 掉到黑洞里面后,以超光速向奇点坠落,光都无法逃逸,时空都已经合二为一化为乌有,还有什么本钱还恋恋不舍的遥望外面呢? 很多人喜欢用假如,老告诫别人:我是说假如! 但这个假如脱离了起码的认知,这个“假如”有意思或者说有意义吗?根据时空通讯上面对黑洞边界和内部的描述,大家还觉得这种“假如”还有“假如”的必要吗? 结论:在黑洞里面看外面,是一个毫无意义的扯淡问题。

谢谢阅读,欢迎讨论 黑洞是宇宙中最奇葩的天体之一,它密度极高引力极大,大到连光经过他的世界边缘的时候都无法逃脱,只能被它吸进去,因此它本身是不会向外发光的,我们也就无法看到黑洞里面的世界。

这里必须先说一下关于黑洞体积的定义,我们通常所说的黑洞以及有多大,指的是黑洞的视界体积,也就是在这个黑洞附近的光无法逃脱位置形成的体积,实际上这是黑洞的虚拟体积,它的真正本体要比虚拟体积小的多,理论科学家认为黑洞本身的体积是无限小的,小到只有一个点,也就是黑洞的奇点,这里集中了黑洞大部分的质量。

在外面看不到黑洞里面的世界,是因为光走到黑洞视界边缘的时候,就会被吸入到黑洞里面那么既然,黑洞内部的光无法传出来,所以我们在外面是看不到黑洞内部的情况的。

那么如果进入黑洞里面的话,是不是可以看到外面的世界呢?理论上讲只要能接收事物发出的光子,就可以看到事物的景象,由于黑洞可以将光子吸入内部,那么在黑洞的内部就可以看到外面的景象。

不过由于黑洞引力十分强大,光子在进入黑洞视界边缘的时候,前进路线会发生严重的扭曲,有时甚至会绕着黑洞转很多圈才会进入,所以在黑洞里面是无法真正感知事物发出的光子的方向的,而且由于黑洞中的光子全都会奔向中间的奇点,因此只能看清外部进来的光线,而且是只能看看到来自外部一个方向上的光线,其他方向会是漆黑一片,虽然黑洞的中心集中了黑洞的绝大部分质量,但是在黑洞里面看向黑洞的起点,也会是漆黑一片。

不过上述所讲的都是推理上的假设,合同中的世界还完全不为我们所知,物理学家们认为黑洞中很可能不遵守我们已知的宇宙法则,在光子进入黑洞的视界边缘之后也有可能发生超光速现象,这种现象之下光会发生什么样的现象,科学家们也并不清楚。

到黑洞里面就会知道。

可如果进入给黑洞内部连命都没有了,那当然看不到。

看到的人都被黑洞引力撕碎变成“面条人”卷入黑洞的奇点内了。

不过我们可以根据现有的相对论理论推测黑洞里面会看到什么。

黑洞里面能不能看到外部的世界? 黑洞是美国物理学家史瓦西根据爱因斯坦1915年提出的光义相对论及引力场方程推导而来的,它论证了宇宙中存在一种有巨大引力且时空曲率无限大的物质密集的天体。

今年的4月10日公布的第一张人类拍到黑洞照片——M87黑洞,让人类大开眼界,也证明了黑洞是确实存在的。

并且宇宙中有另一个时空,甚至更多的时空。

黑洞就是由于它巨大的引力让我们的时空无限扭曲后形成了0维时空,因为只有0维时空是我们认为没有任何物质,体积无限小,却有无限引力、热量、时空曲率的,其内部是人类无法解释的存在。

既然连时空都不是一个了,宇宙也不在一个了,人类怎么能看到呢?因此黑洞外面的人看不到黑洞里面,而黑洞里面也看不到黑洞外面,因为不在一个时空了。

除非是高维生物,或者人类发展到高级文明,像《星际穿越》那样能克服黑洞引力,进入五维或高维时空,才能看到。

如果真的可以这样,那就连自己的一生都能看到了。

在外面看不到黑洞里面,但在黑洞里面能否看到外面的世界呢? 我们不知道黑洞视界内是一个什么样的世界,连光都能吞没的黑洞内部是难以想象的!下文仅仅根据已知的规律做个简单的推测,欢迎各位探讨!一、什么是黑洞的视界 任何天体都有一个环绕速度和逃逸速度,比如地球这样的天体,地表环绕速度是7.9千米/秒,逃逸速度是11.2千米/秒,简单的说就是达到环绕速度时,物体所受的重力与环绕产生的“离心力”相等,维持当前运行状态!但地表大气稠密,因此人造卫星的轨道高度很少低于300千米,而国际空间站在400千米的轨道高度运行时,仍然需要每周调整高度!上图是环绕地球运行的卫星在“离心力”和引力平衡的状态下运行,环绕速度计算公式如下: 当物体的质量逐渐加大,半径逐渐减小,那么最终将可以计算出环绕速度为光速的质量与半径的区间!而根据奥本海默极限,M的值为太阳质量约3.2倍将坍缩为黑洞,根据史瓦希半径公式计算出它的视界半径约为9.3千米(史瓦希黑洞的史瓦希半径和视界重叠)!那么代入上述的第一宇宙速度(环绕速度)公式时,你将无可避免的计算出在9.3千米的距离上,只有光速环绕才能抵消黑洞强大的引力!二、光线接近黑洞时会是什么效果? 在宇宙中能让光线明显改变传播改变线路的天体并不多,特别是肉眼即可见到,而不发光的黑洞最适合肉眼观测了,尽管我们相距遥远看不到,但理论中的黑洞确实能明显改变光线的传播!这是最接近实际效果的理论模型,为什么不用视界望远镜拍摄的黑洞照片?其实那个实际效果并不能完全表现光线扭曲的状态,因此我们还是用示意图,在黑洞正面能看到黑洞背面的光线,因为光线会沿着黑洞表面传播绕道另一侧,而稍远的光线尽管受此影响,但仍然会逃离黑洞而得以让我们看到,因此我们看到的是一个完全扭曲的世界!这是黑洞从视线中经过时的模样,有一种鱼眼镜头的效果!那么我们从黑洞向外看时又是什么效果呢?根据黑洞对扭曲光线的推测,如果肉眼在视界处观测,那么应该就是一个超级鱼眼镜头的效果! 也许要更扭曲一些,这样还不足以表现黑洞对光线的控制能力!越接近黑洞的视界,产生的扭曲效果更甚!但却并不完全是扭曲,因为还有黑洞的引力所导致的引力蓝移,我们见到的都是引力红移,为什么会有引力蓝移呢?因为当前的条件是黑洞在我们背后,所有的光线电磁波频谱是被压缩的,因此我们看到的光线将蓝移,也就是处在红外、太赫兹甚至微波频段的光谱也会蓝移到可见光波段让我们看到,而在可见光波段则有部分会蓝移到紫外以及极紫外,我们将再也不会看到!但是当光线穿越黑洞视界后又将是一个什么样的世界呢? 这是一个很难想象的空间,因为这个空间与我们所想象的空间完全不一样,在这个空间里再无上下前后左右的分别,因为所有的方向都指向黑洞的奇点,因此从理论上来看,在黑洞视界内是看不到光线的,因为无论朝哪里看,看到的都是奇点!而奇点则不会发出任何所谓的光线! 所以简单的一句话回答的话,从黑洞内向外看,那就是一片漆黑! 看不见,因为我们的可视宇宙就是个大黑洞,由于可视宇宙的引力光线屏蔽效应,我们将无法看到不可视宇宙,就像在黑洞内看不见外边的世界一样 能不能谁也不知道。

没有任何物体能够在黑洞内部完整存在。

所以说能不能在黑洞内部看外面不可能。

无法猜测。

谁知道物体进入黑洞内部以什么方式存在的。

很多推测只能按我们地球人的思维模式想。

也许黑洞就是个宇宙生命中的一个器官而已。

那些被吸入的物体就是宇宙生命在吃东西,而黑洞只不过是一个消化系统。

吃饱了也许会有物体排泄出去形成新的宇宙细胞。

周而复始。





1、能:若光进入黑洞前还是光的话。

2、不能:若在光进入黑洞前,就已经被强大的吸引力解体,变成了其它物质形态了,因为人是通过光看物质的,因此这种情况下,是看不到外面物质的。

黑洞里面是“无”。

被黑洞吸入的物质频率,随黑洞而化为“无”。

物质的不同就是各自频率不同。

人之五脏六腑,四肢百骸的各不同也因为各自频率的不同而不同的,虽然都是从一颗受孕细胞分裂而来的。

但在黑洞里面能否看到外面的世界呢 在外面看不到黑洞里面 (黑洞里面看外面)

量子力学和相对论最大的矛盾:时空是不是连续的?谁才是正确的?

代科学最大的两大支柱,一个是爱因斯坦的相对论,还有一个就是量子力学。

相对论的提出,改变了人类对于宇宙和自然的认识,让我们从另一个角度认识我们的宇宙,其中提到的全新的时空观念,刷新了科学界对于宇宙的认识。

而量子力学的提出,更是让整个科学界产生了革命性的变革,加快了人类 社会 的进步,很多科学理论在量子力学之下,非常容易地就被验证。

相对论和量子力学的诞生

在1905年,爱因斯坦提出了狭义相对论,将时间和空间统一在了一起,改变了当时的绝对时空观念,认为所有的时空的可以是相对的时空,根据不同的参考系,时间和空间的状态可能个不相同。

而且还确定了光速不变原理。

而只有在1915年提出的广义相对论中,以全新的方式解释了引力的来源,认为引力是因为时空弯曲造成的。

相对论的提出,还有个更加深远的意义,那就是间接地让量子力学得以诞生。

量子力学的出现对光是粒子还是波的实验中引发的,这就是著名的光的干涉实验。

当时的科学家们发现,一个光子能够同时穿过两个孔,并且呈现出两种不同的状态时,科学家们集体失声,甚至怀疑科学的正确性。

随后普朗克、波尔等科学家,提出了量子力学的概念。

量子力学的出现,为人类对微观世界的认识提供了方法,并且能够解释非常多的现象和预言一些新的、无法直接想象的现象,可以说量子力学是现代物理的一项神器。

不过,这两个改变世界的物理学理论,却有一个极大的矛盾,时空到底是不是连续的。

在广义相对论中,时间和空间是相互统一的,每个有质量的物体都会造成时空的扭曲,正是因为时空弯曲造成了引力的产生,所以相对论认为,时空是连续而光滑的。

但是在量子力学当中,所以宏观的物质都会被分解成为一个个微观的量子,包括能量和引力等都可以量子化,所以量子力学的时空观认为,时空也是一份一份的,而不是完全连续的。

也可以说成量子力学的时空观是间断、起伏、不断涨落的。

造成这个巨大的矛盾的原因,主要是相对论描述的是宏观的世界,而量子力学描述的是微观世界,在这两个不同的世界中,物质所表现出来的性质是不同的。

在宏观世界里,一切事物都有因果关系,任何事都是确定的。

不过在微观世界当中,却完全失去了我们正常的因果关系,任何事物都是不确定的状态。

那么这两种时空观到底谁才是正确的呢?

其实可以说这两种时空观都是正确的,也可以说都不正确,因为到现在为止,它们都不能完美地解释这个世界。

宇宙是一个整体,微观世界和宏观世界都是宇宙中的一部分,所以微观世界和宏观世界应该是相互统一,相互联系的关系,而不是像我们现在这样,微观世界和宏观世界完全独立,相互隔离,表现出两种不同的特性。

所以既然相对论和量子力学都能非常好地解释宇宙当中的现象,那么它们之中必然有一个东西,可以将它们联系在一起。

爱因斯坦在量子力学被提出来以后,就一直在研究量子力学,并且试图找到一个大一统理论,能够将宏观世界和微观世界统一起来,可惜用了几十年的时间,他都没有找到这样一个理论。

所以到了晚年,爱因斯坦很遗憾地说:我用了比相对论几倍的时间来研究量子力学,科学我还是没弄明白。

不过,现在有一种理论似乎能够将这他们统一起来,那就是非常科幻的超弦理论。

超弦理论认为,宇宙中不存在粒子,宇宙中的所有物质和能量都是一种根据不同频率的振动而产生的弦。

宇宙中所发生的所有相互作用,物质和能量都可以用弦的分裂和结合来解释。

超弦理论如果被证明是正确的,那么我们对宇宙的认识又会发生翻天覆地的改变,因为它将我们的宇宙分成了十一个维度,这就会让我们的宇宙变得更加复杂。

不过目前人类对宇宙的认识还非常有限,要证明这个理论,还有很长的路要走。

但是如果真的有一个理论能够将整个宇宙观统一起来,那么人类文明的发展将取得无法想象的进步,也许到了那时,我们现在认为不可能发生的事,都会成为现实,比如穿越时空。

宇宙物质是无中生有还是本来就有?听听科学家怎么说

本文基于回答网友问题,见截图: 这是一个很大的问题,也可以说人类的根本问题,就是宇宙和人类从哪里来,到哪里去的问题。

目前世界科学界对这个问题都还没有一个完美解释,只有一些理论片段,如量子力学的不确定性原理、真空零点能等理论。

以我对这些理论的理解,宇宙物质来源既可以说是无中生有,也可以说是有中生有。

要解释这些理论,还是离不开爱因斯坦的质能方程,就是E=MC^2。

这个公式虽然简单,却诠释了宇宙深层次的奥秘,即质量与能量的等价性,并且可以互换。

宇宙中的物质就是由能量转化而来,在极端情况下,又会转化为能量而去,最终归于寂灭。

这就是宇宙生生灭灭的规律。

大爆炸宇宙模型,已经是现代宇宙学的标准模型,也就是这个理论成为全世界天文学家、宇宙学家的主流认识,这个认识对宇宙来源的大致脉络是:宇宙于138亿年前起源于一个奇点,这个奇点在机缘巧合下突然爆炸了,这个爆炸我们可以理解为急速膨胀开来,由此形成了今天的宇宙。

奇点从138亿年前大爆炸开始,经历了暴涨和快速膨胀阶段,如今依然在以超过光速若干倍的速度膨胀,今天已经成为一个半径约465亿光年可观测宇宙。

所谓超光速膨胀,并不是所有的地点都在超光速膨胀,而是指整个宇宙叠加的膨胀超光速,在距离我们465亿光年可观测宇宙最边际处,星系离开我们的速度超过光速。

在科学术语中,奇点被表示为体积无限小,密度无限高,曲率无限大,温度无限大。

那么问题来了,这个奇点是什么?如何产生的呢?从宏观来说,它就是无中生有,从虚空中突然出现的。

物理学上把一个存在又不存在的点称为奇点,是空间和时间具有无限曲率的一点,时空在该处完结。

广义相对论预言这种奇点必然会发生,是在极端引力场中物质受量子过程影响,坍缩到另一组时空维度的现象,比如黑洞奇点。

而宇宙大爆炸则是从另一个时空反弹的结果。

从这个意义上来说,奇点是超时空的玩意,也就已经不是本宇宙时空的物质了,所有物理理论在那里都失效,也就是无法解释。

而奇点出现就是从另一个时空膨胀到我们时空来的,因此是无中生有。

现代量子力学有两个理论解释了这种现象,即海森堡不确定性原理,以及由此派生出来的真空零点能理论。

海森堡不确定性原理认为,在微观世界,不可能同时精确得知一个粒子的位置和动量,由此可以推断,即便温度降低到绝对零度,粒子依然在振动,否则就会违背不确定性原理。

这就是说,即便宇宙消亡了,时空没有了,只有绝对真空,还依然会有粒子运动,有粒子运动就有能量,这就是真空零点能的来源。

在绝对真空的虚空中,这些能量会以量子泡沫的形式存在,也就是以虚粒子的方式随机出现。

这些虚粒子都是正负成对的,也就是以正反物质的方式随机出现,而正反物质碰在一起就会湮灭(释放能量后消失),因此真空中的这些虚粒子对随机出现,又会瞬间随机湮灭。

如果这个世界一直这样对称平衡完美无缺,那么我们这个世界就永远不会出现。

但物理学家们发现了世界并不完美,最杰出的代表就是杨振宁、李政道和吴健雄,他们发现并实验验证的“宇称不守恒定律”获得了1957年诺贝尔物理学奖。

这些理论认为,我们宇宙并不完美,而是会偶尔出现不守恒不对称的破缺现象,才造就了这个世界的不断变化。

由此,科学界对宇宙大爆炸有了突破性的解释,即这些在量子涨落中不断随机出现的虚粒子对,并不是100%都会湮灭,有那么一个两个甚至很多个错开了,没有湮灭,就成了宇宙奇点。

我们宇宙就是这样一个奇点爆发出来的,或许还有许多个宇宙都是这种奇点爆发出来的,但物理规律让我们无法突破自己的宇宙,因此无法窥探别的宇宙秘密。

破缺而没有湮灭的奇点能量无法回归虚无,只能膨胀开来,这就是宇宙大爆炸。

大爆炸的温度极高,密度极大,开始只有能量,什么也没有。

大爆炸发生1秒钟之内,宇宙发生了暴涨,引力、胶子、夸克、玻色子、轻子、质子、中子及其反粒子等先后出现,后来强、弱、电磁力等相互作用也分离出来了。

1秒钟后的宇宙温度虽然从开始的10^32降到了100亿K,核力还是无法束缚中子和质子,因此核子还没有出现,原子就更没有出现,这时的宇宙还没有我们认知的常见物质。

一直经过38.4万年的膨胀和冷却,宇宙已经足够大了,温度冷却到约3000K,中性原子才出现了,而宇宙也终于度过了黑暗时期,第一缕光(电磁波)从致密的宇宙中脱耦而出,从此宇宙变得透明起来。

这时,由原子组成的常见物质才出现了,最早的物质就是最简单的元素氢和氦,还有极少量的锂,这些轻物质在宇宙中由于引力作用渐渐聚合成星云星团,再收缩坍塌成恒星,宇宙中的恒星和星系就诞生了。

早期的恒星都比较巨大,因此寿命很短,在恒星核聚变和不断的超新星大爆炸中,更重的元素一个个被生成出来,逐渐出现了现在已知的118种元素,正是这些元素,构建了宇宙中各种物质和地球上千姿万态的生物。

从这个意义上来说,宇宙物质就是从有到有的。

在宇宙没有诞生前,这些能量就蕴藏在真空中,是巨大的真空零点能转化出了各种物质,符合爱因斯坦质能方程揭示的质能转换规律。

在所有的宇宙诞生理论中,迄今为止只有大爆炸理论最有说服力,而且迄今为止,所有的观测和实验试验,都符合这个理论预期,因此在没有更有逻辑性和说服力的理论出来之前,我愿意相信这个理论。

真空零点能理论在各种实验中已经得到了证实,最普遍的证据就是卡西米尔效应(在此不作解释, 有兴趣的可以查阅资料),许多科学家做过这个实验,验证了真空零点能的存在,由此真空零点能成为科学界没有争议,普遍接受的存在。

而大型强子对撞机通过接近光速的粒子对撞,重现了宇宙大爆炸百万分之一秒的状态,验证了大爆炸理论对大爆炸初期高温高密夸克饺子汤状态。

那么为啥一个没有湮灭的虚粒子成为奇点,就有那么巨大的能量,以至于演化成为今天浩瀚的宇宙物质呢? 研究发现,真空零点能本地能量异常强大,著名物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒估算零点能的密度高达10^95g/cm^3。

这是个什么概念?就是宇宙大爆炸刚开始的普朗克时间,宇宙只有一个普朗克尺度时,其密度为10^94g/cm^3的10倍。

普朗克时间为10^-43秒,普朗克尺度为1.6*10^-35m,普朗克温度为10^32K。

就是说宇宙大爆炸开始后的1000亿亿亿亿亿分之一秒,宇宙只有1600亿亿亿分之一米,温度为1亿亿亿亿K时,宇宙密度为10^94g/cm^3,但真空本底能量1立方厘米就比宇宙初始整体能量大10倍。

而现在一些研究认为,可观测宇宙总质量约为10^53g,只有真空零点能1个立方厘米的1/10^42,也就是100亿亿亿亿亿分之一。

由此,这个奇点具有整个宇宙的能量就不奇怪了。

至于为什么真空零点能的本底能量有这么大,这是量子力学里面很高深复杂的话题,我们吃瓜群众只要知道这很神奇,但真实存在就够了,无须追根究底。

这个问题许多人迷惑,我解释过很多次还是迷惑。

之所以有这个迷惑,是因为许多人都把宇宙爆炸想象成我们周围的事物,如一个爆竹或一个炸弹爆炸了,那个爆竹或炸弹爆炸点不就是中心吗? 其实,宇宙大爆炸可以想象成一个炸弹爆炸,但又不完全像炸弹这样爆炸,而是膨胀。

可以理解为最开始的奇点膨胀成了今天的样子,有点像一个气球(当然是没有吹嘴的气球)或一个篮球,而所有能量转化出来的物质,如星系和恒星,都在球面上,而不是在球里面。

这样所有的星系物质就像画在篮球或气球表面的各种图案或星星点点,在一个圆球表面,我们取任意一点向四周看,都是一样的。

随着宇宙膨胀这些星星点点的图案都会相互分得越来越开,但却没有中心,或者说任何一点都是中心。

就比如在地球表面,你说哪里是中心呢?是北京还是纽约,又或者说是巴黎?只有古代帝王及其拥簇者才会认为自己是世界的中心,如果现在还有人这样认为,就愚昧了。

当然这里说的只是地球表面,宇宙就像地球的表面,宇宙没有地核这样的核心。

宇宙膨胀的证据是天文学家埃德温·哈勃在上世纪初发现的,并以此创立了哈勃定律。

这个理论的主要内容是,宇宙在不断膨胀,站在宇宙任何一点观测,各向同性(都是一样的),因此宇宙没有中心;距离我们越远的星系离开得越快,且与距离成正比关系,公式简单表述为:V= HD。

这个公式里的V表示星系离开我们的视向速度,单位km(千米或公里);H是哈勃常数,就是距离我们1Mpc(1百万秒差距,约326万光年)的地方,星系离开我们的速度,单位是km/s(公里/秒);D为目标星系与我们的距离,单位为哈勃常数距离的倍数。

要计算宇宙膨胀的速率,或者某个星系离开我们的速率,哈勃常数必须是已知参数。

为了获得更准确的哈勃常数,各国科学家运用各种望远镜、卫星等精密仪器,辛勤观测计算了几十年,但每次得出的数据都不完全一样。

几十年来,先后得到比较有影响的几次数据为:77km、74.2km、68.7km、82.4km。

我们取其一个平均数,约等于75.6km/s,如果将这个哈勃常数代入公式,就可以得出在哈勃常数2倍距离,也就是652万光年的地方,星系退行速度为151.2km/s,以此类推,在可观测宇宙边际,距离我们465亿光年的星系,离开我们的速度约为km/s,约为光速的3.6倍。

有些人又有了疑问,既然宇宙膨胀速度这么快,我们怎么感觉不到呢?千百年来,太阳还是那个太阳,月亮还是那个月亮? 其实我前面都已经说得很清楚了,宇宙膨胀只是大尺度叠加的膨胀,并非星系之间相互离开的速度,膨胀速率为光速的3.6倍,只是可观测宇宙465亿光年最远处的星系离开我们的速度。

根据越近速度越慢的规律,在我们附近宇宙膨胀速率很慢,而且天体更主要受到的影响是引力作用,因此是感觉不到膨胀的。

今天就说到这里吧,欢迎讨论,感谢阅读。

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