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[架空]剑及账簿的协奏曲(20)

《宇宙的琴弦》(7) 宇宙是以涨还是抽?

  • 九月 06, 2018
  • 天文
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过去100年,广义相对论和量子力学让咱们探索宇宙的准绳自最酷一直顶绝小。人类取得了好多矣未打底得。但是我们也发觉及,量子力学和广义相对论没能落得最好酷层次之认。因为它的适用范围是例外之,在片状下还发生冲突,比如在谈论黑洞的中坚、在死爆炸随时的宇宙等方面这半法理论有对立矛盾面。

19世纪德国名物理学家和数学家黎曼的数学发现,描述了任性维弯曲空间的几乎何措施,是广义相对论的数学灵魂。广义相对论断言宇宙的弯曲性质就是由于黎曼的几乎哪描述的。但是本量子力学,认为这样的几乎哪法才会描述良口径上的大自然,在普朗克长下宇宙,应该是相同栽新的几哪里方法才能够适用。而这种几哪框架就是自我今天一旦提的:量子几哪。

爱因斯坦底能量方程式告诉我们,能量和质是可彼此转化,量子力学中,海森堡底不确定性告诉我们,能量与动量在微观世界面临疯狂涨落,宇宙在微观尺度上好像一个生出哄哄、混沌、疯狂之社会风气。但是动量和能量在微观世界面临得以彼此抵消,因此在宏观世界看来,一切都是宁静和太平的。

天文学家通过仔细研究星系在上空被的布,结果宇宙的密度使较临界值多少森,按理说宇宙应该要在时时刻刻膨胀的。但研究发现,有足够的凭证说明宇宙是满载暗物质的,这些暗物质不参与恒星能源的核聚变,所以不会见发光,我们无能为力观到。所以具体宇宙的密度是微,我们今天尚无明了,因此,宇宙是在涨还是于抽我们呢无知情。

俺们证实了哪些一点点错过暴露越来越小的空中组织。开始之时节,看无产生什么来;看图中下部的老三重合,空间组织几乎是如出一辙的样子。从纯粹经典的立场看,我们觉得这样平直稳定的长空图景会一直维系至自由的相距尺度。但量子力学完全移了这种想法。万物都摆脱不了非明了原理所规定的量子涨落——引力场也未殊。虽然经理论认为虚空间没有引力场,但量子力学证明,引力场尽管在平均意义上于零,实际上却因为量子涨落而波荡起伏。另外,不确定性原理还报我们,关注之半空中更加小,看到底引力场起伏越充分。量子力学展现了一个从未有过根的社会风气,越是小的地方,越是浪花飞溅。

和黎曼几何不同,现在之弦理论还找到不交同之对应之几乎哪法,因为当宇宙空间物理学中,我们仍然把星系当作一个个沾,因为她们之深浅及整个宇宙比起来是有些的不可开交的。因此黎曼的几何法在大条件之天体上适用的。但是在弦理论下,宇宙是由于同干净根弦(线圈)而非是触发成的,因此在斯微观尺度上,黎曼的几乎何法就未适用的了。

引力场通过空中的弯曲表现出来,而量子涨落通过空中周围越来越引人注目的扭曲表现和谐。物理学家惠勒发明用“量子泡沫”来描述超微的空间和时间里见出来的愚昧状态,在异常尺度上,空间和时间都去了意义。在这极上,正是量子力学和广义相对论不相容的地方。

本地物理学普遍的确认,宇宙始为150亿年前之等同次爆炸,但是时底大自然是尚于频频膨胀还是抽为?这是一个被物理学家迷惑的题材。因此他们用宇宙的密度作为一个权衡的规范,如果宇宙的平分密度过每立方厘米十万亿亿亿分之一克的逼近密度(相当给天地中每立方米中出5单氢原子),那么就是出足深的引力将穿越外露宇宙,将宇宙从膨胀中牵涉回去,也即是,只要超过此密度,宇宙就见面开抽。如果密度小于这个密度,宇宙引力就见面充分死,宇宙就将永久膨胀下去。

简单,微观世界的无知状态及主世界之规律性就是立即有限单理论最为要命之矛盾点。

但咱司空见惯认为,宇宙的密度应该远远胜出此密度,当前地上肆意一个体的密度都设压倒此价,但是,物质就比如金钱一样,会往某些地方集合,整个自然界中大部分凡真空区域。就像咱不能够拿比尔盖茨的财作为环球财富的指标相同。

广义相对论适用于巨大的天文学尺度。在那样的离,爱因斯坦的说理说明,没有物质意味着空间是平直的,为了把广义相对论与量子力学融合起来,我们现在必变换关注之热点天文,去考察空间的微观性质。如图所示。

假设我们如果今天之天体密度过临界值,那么来一样上整个自然界将再也收缩成为一个接触,而且收缩的进度应该是络绎不绝加大的。最终宇宙将回其的原本状态。但是以弦理论,宇宙在随心所欲空间维度上且非容许收缩到普朗克长以下,而且弦理论还发现宇宙应该产生一个终极的略微法,因为当卷缩的空间为方比较普朗克长还有些之法收缩时,弦会化解这样的抽,把空间几乎何扭转过来。所以,我们可汲取这样一个结论:当宇宙空间收缩到普朗克长时,宇宙又见面再也开膨胀,直到密度达一个压值,宇宙又起来重复收缩,如此往复。

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