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量子宇宙学(大爆炸之前,黑洞)
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毕达哥拉斯的世界
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理论来自于圈量子引力,这个理论是万有理论的候选者,这次不谈论理论本身,就说说它能解释的两个广大吧友津津乐道的宇宙大爆炸和黑洞。
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IP属地:辽宁
1楼
2019-06-20 22:37
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毕达哥拉斯的世界
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目前证据几乎是压倒性的----在非常遥远的过去,宇宙是极其炙热与致密的,并从那时起就开始膨胀。我们可以从它最初炙热、紧缩的状态开始,详细重构宇宙的历史,我们知道原子、元素、星系和天体是如何形成的,如何发展成我们今天所见的宇宙的,目前主要由普朗克卫星完成的对遍布宇宙的辐射进行的大量观测又一次完全证实了大爆炸理论,相当确切地了解了在过去的一百四十亿年间,宇宙从一个火球开始,在大尺度上都发生了什么。
IP属地:辽宁
2楼
2019-06-20 22:38
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毕达哥拉斯的世界
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温度会升高,物质的密度和能量也增大,一百四十亿年前的某一点达到了普朗克尺度。在那一点,广义相对论的方程不再适用,因为此时无法忽略量子力学,就此进入量子引力的领域。
要理解一百四十亿年以前发生了什么,需要量子引力。
思考一个相似但简化的情况,根据经典力学,一个直接坠入原子核的电子会被原子核吞没并且消失,但实际情况不是这样,经典力学不够完善,这时我们需要把量子效应考虑进来,真实的电子是个量子物体,没有确定的轨迹,不可能把它限定在一个非常小的区域内,它越向中心靠拢,就会越快飞走,如果我们想把它固定在原子核周围,我们能做的最多也就是让它进入最小的原子轨道,不能离原子核更近了。量子力学会阻止真实的电子陷入原子核中,当电子离中心太近时,量子斥力会把它推开。因此多亏了量子力学,物质才是稳定的,没有量子力学,电子就会坠入原子核,就不会有原子,我们就不会存在。
IP属地:辽宁
3楼
2019-06-20 22:42
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毕达哥拉斯的世界
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这点可以同样应用于宇宙,想象一个致密的宇宙,由于自身的重量被挤压得极其微小,根据爱因斯坦方程,这个宇宙会被无限压缩,在某个点上会完全消失,就像陷入原子核的电子,如果忽略量子力学,这就会是爱因斯坦方程预言的大爆炸。但如果我把量子力学考虑进来,宇宙就不会被无限压缩,量子斥力会使其反弹,收缩的宇宙不会坍缩成一个点,它会反弹并开始膨胀,好像是由爆炸形成的一样。
我们宇宙的过去也许正是那样一次反弹的结果,这个巨大的反弹被称为“大反弹”而非“大爆炸”。这是圈量子引力方程应用到宇宙膨胀时得出的内容。
IP属地:辽宁
4楼
2019-06-20 22:45
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毕达哥拉斯的世界
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反弹的图景千万不能按照字面意思来理解,回到电子的例子,如果想把一个电子放置得离一个原子尽可能近,电子就不再是粒子,可以想象它在一片概率云中散开,确定的位置对电子而言不再有意义,对宇宙也一样,在大反弹的重要阶段,不能把它想象为虽然分立但单一的空间和时间,而只能设想成散开的概率云,空间和时间在其中剧烈波动。在大反弹中,世界消融为一团概率云,这些用方程仍然可以描述。因此,我们的宇宙很可能诞生自压缩后的反弹,经历了一个量子阶段,其中空间和时间都消融为概率。
IP属地:辽宁
5楼
2019-06-20 22:54
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黑洞
进入黑洞的东西无法再出来,至少如果忽略量子理论的话会如此。黑洞的表面就像是从一个方向穿过,无法从未来返回,对黑洞而言,过去在外面,未来在里面。从外面看来,黑洞就像个球体,可以进去,但没有东西可以从里面出来。一艘火箭可以停留在离这个球体固定距离的地方,这个距离被称作黑洞的视界,黑洞的引力意味着对火箭而言时间会变慢,如果火箭在离视界足够近的地方停留一小时,然后飞走,它会发现外面在此期间已经过了几个世纪。火箭离视界越近,时间相对于外面走得越慢,因此,旅行到过去很困难,但旅行到未来很容易----只需飞船靠近黑洞,在附近停留一会儿,然后飞走。在视界处,时间停止,如果极其靠近,然后按我们的时间来算几分钟后飞走,宇宙的其他部分也许已经过去了一百万年。
IP属地:辽宁
6楼
2019-06-20 23:00
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黑洞可以用爱因斯坦方程很好地描述,理解它不需要量子力学,但是有两个黑洞之谜确实需要量子力学来解决,圈量子引力为这二者都提供了可能的解答。
第一个是霍金从他的理论上推导出黑洞是热的,黑洞会放热。由此黑洞会损失能量和质量(因为能量和质量是同样的东西),变得越来越小,会“蒸发”。这种“黑洞蒸发”是霍金做出的最重要的发现。
物体有热量是因为它们的微观成分在运动。例如,一块热铁的原子在平衡位置附近快速
振动,热空气中分子的运动比冷空气中要快。使黑洞变得炙热的、不断振动的基本“原子”是什么呢?霍金没有解答这个问题。
IP属地:辽宁
7楼
2019-06-20 23:06
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圈量子引力可以理解霍金所预言的黑洞的奇怪热量----热量是单个空间原子微小振动的结果。它们会振动,因为在量子力学的世界中一切都在振动,没有东西保持静止。量子力学的核心就是物体不可能始终完全静止在一个位置,黑洞的热量与圈量子引力中空间原子的振动直接相关。黑洞视界的准确位置只由这些引力场的微小振动决定。因此在某种意义上,视界会像热物体一样振动。
还有另一种理解黑洞热量来源的方式----量子涨落会在黑洞的内部和外部之间产生关联,贯穿黑洞视界的量子不确定性产生视界的几何涨落,而涨落意味着概率,概率意味着热力学,即温度。黑洞为我们遮蔽了一部分宇宙,但使其量子涨落以热量的形式被探测到。
IP属地:辽宁
8楼
2019-06-20 23:08
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惊人的第二个来了
恒星一旦坍缩,就会从外部视野中消失,它就在黑洞内部了。但在黑洞内部会发生什么呢?如果一个人进入黑洞,会看到什么?
最初没什么特别的,这个人会穿过黑洞表面,不会受到太大伤害,然后会以更大的速度垂直坠向中心,广义相对论预言,一切都会在中心被挤压成一个体积无穷小、密度无穷大的点,但这又是忽略了量子理论的结果。如果考虑量子引力,这个预言就不正确了,因为存在量子斥力,使宇宙在大爆炸时反弹的同样的斥力。预期是----在靠近中心的过程中,坠入的物质的速度会被这种量子压力减慢,密度会非常大但有限,物质会被压缩,但不会一直压缩成一个无穷小的点,因为物质的大小存在一个下限,量子引力产生了一个巨大的压力,使物质反弹,就像坍缩的宇宙可以反弹为膨胀的宇宙一样。
IP属地:辽宁
9楼
2019-06-20 23:11
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毕达哥拉斯的世界
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如果从黑洞内部观察的话,坍缩恒星的反弹可以非常快,但是黑洞内部时间流逝得比外面要慢得多,从黑洞外面看,反弹的过程可以耗费数十亿年,漫长的时间过后,会看到黑洞爆炸。
如果黑洞爆炸被发现,那是相当惊人的证据,射电天文学家已经观测到了一些特定的神秘无线电脉冲,被称为快速射电暴,这可能正是早期黑洞爆炸产生的信号。
完
IP属地:辽宁
10楼
2019-06-20 23:16
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那时的时光
繁星璀璨
9
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无所谓,都是在合理的猜想。
都是不能证实的。
没有谁对谁错。了解一下就行。
……
有事忙,就去忙,
没事了,就来侃。
如此而已。
……
宇宙怎么来的,无所谓,
宇宙怎么去的,无所谓。
宇宙多大还是无限,无所谓。
一光年,人类就难以走完。
想太多,没用。
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11楼
2019-06-22 14:19
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zhou123456195
宇宙冷却
7
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宇宙是能力和信息变换的魔术,体现大能者的智慧。
IP属地:河北
12楼
2019-06-22 20:14
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荆棘夜雨
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我怎么感觉楼主是用了一个看起来高大上的词,套在了经典力学上,用来解释宇宙大爆炸和黑洞?
IP属地:广东
13楼
2019-06-22 22:45
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时间主人
斗转星移
12
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有谁知道温度上限
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14楼
2019-07-14 10:16
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