宇宙和銀河系和二次元
① 銀河系和宇宙的介紹
銀河系介紹
在沒有燈光干擾的晴朗夜晚,如果天空足夠黑,你可以看到在天空中有一條彌漫的光帶。這條光帶就是我們置身其內而側視銀河系時所看到的它布滿恆星的圓面——銀盤。銀河系內有約兩千多億顆恆星,只是由於距離太遠而無法用肉眼辯認出來。由於星光與星際塵埃氣體混合在一起,因此看起來就像一條煙霧籠罩著的光帶。銀河系的中心位於人馬座附近。
銀河系是一個中型恆星系,它的銀盤直徑約為十二萬光年。它的銀盤內含有大量的星際塵埃和氣體雲,聚集成了顏色偏紅的恆星形成區域,從而不斷地給星系的旋臂補充熾熱的年輕藍星,組成了許多疏散星團或稱銀河星團。已知的這類疏散星團約有一千兩百多個。銀盤四周包圍著很大的銀暈,銀暈中散布著恆星和主要由老年恆星組成的球狀星團。
從我們所處的角度很難確切地知道銀河系的形狀。但隨著近代科技的發展,探測手段的進步在某種程度上克服了這些障礙,揭示出銀河系具有的某些出人意料的特徵。長期以來人們一直以為銀河系是一個典型的旋渦星系,與仙女座星系類似。但最近的觀測卻發現,它的中央核球稍帶棒形。這意味著銀河系很可能是一種棒旋星系。另外,銀河系是一個比較活躍的星系,銀核有強烈的宇宙射線輻射,在那裡恆星以高速圍繞著一個不可見的中心旋轉。這表明在銀河系的核心有一個超大質量的黑洞。
銀河系有兩個較矮小的鄰居——大麥哲倫雲和小麥哲倫雲,它們都屬於不規則星系。由於引力的作用,銀河系在不斷地從這兩個小星系中吸取塵埃和氣體,使這兩個鄰居中的物質越來越少。預計在一百億年裡,銀河系將會吞沒這兩個星系中的所有物質,這兩個近鄰將不復存在。
「宇宙」一詞,最早大概出自我國古代著名哲學家墨子(約公元前468-376)。他用「宇」來指東、西、南、北,四面八方的空間,用「宙」來指古往今來的時間,合在一起便是指天地萬物,不管它是大是小,是遠是近;是過去的,現在的,還是將來的;是認識到的,還是未認識到的……總之是一切的一切。從哲學的觀點看。人們認為宇宙是無始無終,無邊無際的。不過,對這個深奧的概念我們不打算做深入的探討,還是留給哲學家們去研究。我們不妨把眼光縮小一些,講一講利用我們現有的科學技術所能了解和觀測的宇宙,人們把它稱為「我們的宇宙」或「總星系」。從最新的觀測資料看,人們已觀測到的離我們最遠的星系是130億光年。也就是說,如果有一束光以每秒30萬千米的速度從該星系發出,那麼要經過130億年才能到達地球。這130億光年的距離便是我們今天所知道的宇宙的范圍。再說得明確一些,我們今天所知道的宇宙范圍,或者說大小,是一個以地球為中心,以 130億光年的距離為半徑的球形空間。當然,地球並不真的是什麼宇宙的中心,宇宙也未必是一個球體,只是限於我們目前的觀測能力,我們只能了解到這一程度。在這個以130億光年為半徑的球形空間里,目前已被人們發現和觀測到的星系大約有1250億個,而每個星系又擁有像太陽這樣的恆星幾百到幾萬億顆。因此只要做一道簡單的數學題,你就不難了解到,在我們已經觀測到的宇宙中擁在多少星星。地球在如此浩瀚的宇宙中,真如滄海一粟,渺小得微不足道。人類所認識的宇宙有多大,宇宙蘊藏著所有的物質,其中包括人類已發現的能量和輻射,也包括人類所知道並相信存在於太空內的一切一切。宇宙中有數以億計的天體,這些天體都是十分巧妙而有規律地相互組合的,大多數的星體構成星系,比如我們的太陽系就是。星系再構成銀河系。宇宙中最少有10萬個大大小小的銀河系。宇宙空間是十分廣闊的,光在一秒鍾內可走30萬千米,單是我們地球所在的銀河系,跨幅的闊度就有10萬光年。宇宙中有10萬個銀河系,那麼,宇宙究竟又有多大呢?大家不妨算算吧。為了說明宇宙的范圍,科學家們做了推算, 130萬個地球的體積僅相當於太陽的體積,而與太陽相當的恆星,在銀河系中可達2000多億顆。如果把宇宙看做是一個半徑 1千米的大球,銀河系則只有葯片那麼大,位於球心附近。在實際觀測中,人們使用高倍的射電望遠鏡,搜索到了 200億光年以外的類星體天狼巨星,這是目前人類能確實掌握的最遠的星體,也是人們認識宇宙的最大范圍,當然,它還不是宇宙的實際邊緣。因為人類的認識能力是有限的。希望你能夠滿意哦 :)
② 二次元,是什麼樣的存在。 為什麼二次元的事物會出現在三次元當中(指周邊)
1. 小說的世界為一次元,動漫的世界為二次元,現實的世界為三次元。
2. 平行世界的存在。如果宇宙真的誕生於億億年前的大爆炸,那麼假設,有宇宙同樣因為爆炸或其他而形成,擁有與現在的世界相同或不同的構造,即平行世界。
3. 不同的星球。在只有一個宇宙的前提下,假設宇宙中存在著太陽系,銀河系之外的星系,存在著地球人類之外的種族。
4.不同的時空。在只有一個宇宙的前提下,有不同時空,在同一時間發生了不同的事情有不同的結果,比如我在這個世界活著,在另一個世界或許根本沒存在過,在其他的世界裡或許也存活著,或許已經死了。或許做夢的時候,夢到的就是其他時空中的自己。
5. 關於穿越和重生。在有不同宇宙或者存在不同時空的前提下,這種情況有可能發生。意識存在於擁有相同磁場的載體身上。
6. 關於世界的創造。如果一次元和二次元,在每一個作家創造出不同的小說漫畫時,便會誕生一個世界。世界中的人有著作者的安排的命運,有些世界也許會隨著小說漫畫動漫的完結而終結,從此開始不斷輪回,有些或許會延續下去。
游戲的世界中,人物的命運掌握在玩家手中,而npc的命運已經被開發公司設定好。如果游戲關服,這個世界或許會脫離掌控並延續下去,甚至成為一個新的時空,或許會毀滅。
7. 信仰。如果有人愛他們,或許他們能感受得到。在次元壁外。
8. 終結與輪回。沒有定數。如果真的存在其他的時空,他們總有終結的那一天。宇宙誕生於虛無,也會毀滅於虛無,這只是時間問題。
9. 規則。所有時空,世界的規則無非是一個適者生存,成王敗寇。
10. 現實。畢竟我們仍然活在這個世界。
③ 「宇宙」和「銀河系」哪個大
宇宙大,銀河系只是宇宙中的小小一部分。
④ 銀河系與宇宙如何對比
在可觀測的宇宙中,銀河相當於一個5厘米直徑的蘋果,宇宙相當於9公里直徑的大山。直徑相差18萬倍。銀河系直徑約10萬光年,宇宙可能是180億光年。
⑤ 什麼是「二次元空間」「異次元空間」
翼
就是平行宇宙拉
簡單的可以說像終極一家那樣的 各個時空
也可以理解像同人文那樣
有著一樣的樣子 卻在另一個時空過著截然不同的生活
在四維空間中(不包含時間 都是空間維度) 獨立於我們的三維空間的空間 就像在三維空間中 你站在一樓 另一個人在二樓一樣 在四維空間 你在這個三維空間 他在另一個三維空間 思維空間中 我們所在的三維空間之外的其他三維空間 都稱為異次元
這也是一種宇宙空間的理論,一般我們認為我們的世界是3維空間,而愛因斯坦把時間加進去就有了4維的時空。
異次元空間的理論就是認為有某一些地方是不在我們的4維的時空內但又和我們的4維的時空並存的另外的時空,從我們的時空中是找不到它們的存在,這種地方就是異次元空間。
這種想法就把宇宙的4維的時空再擴展到5維甚至更多維。(弦理論就擴展到十幾維,我不是很熟悉,所以沒搬出來)
各種理論都是可以想像的,只是這些東西我們都還沒辦法證實!
次元則相反!
我們的打個比方,我們的宇宙就是數學中的一根一維直線,可以向兩端無限延伸,可以說是無限的吧.
可是,當我們把視線從一維跳出來,看一個二維的平面,我們就會發現,在我們原來那個無限延伸的直線的旁邊,還有無數的平行直線,和我們的直線並存.這就可以理解為平行宇宙.
同理,可以再增加維數,擴展到3維空間....
總結一下,通過擴展維數,就可以實現"某一些地方是不在我們的4維的時空內但又和我們的4維的時空並存的另外的時空"這樣的現象. 就好比我們在一個二維空間里生活,絕對感覺不到一個三維空間的存在一樣.
平行宇宙定義
是否有另一個你正在閱讀和本文完全一樣的一篇文章?那個傢伙並非你自己,卻生活在一個有著雲霧繚繞的高山、一望無際的原野、喧囂嘈雜的城市,和其它8顆行星一同圍繞一顆恆星旋轉,並且也叫做「地球」的行星上?他(她)一生的經歷和你每秒鍾都相同。然而也許她此刻正准備放下這篇文章而你卻打算看下去。
這種「分身」的想法聽起來奇怪而又難以置信,但似乎我們不得不接受它,因為它已為各種天文觀測的結果所支持。如今最流行同時也最簡單的宇宙模型指出,離我們大約10^(10^28)米外之處存在一個和我們的銀河一模一樣的星系,而那其中正有個一模一樣的你。雖然這距離大得超乎人們的想像,卻毫不影響你的「分身」存在的真實性。該想法最初起源於很簡單的「自然可能性」而非現代物理所假設:宇宙在尺寸上無限大(或者至少足夠大),並且象天文觀測指出的那樣--均勻的分布著物質。既然如此,按照統計學規律便可以斷定,所有的事件(無論多麼相似或者相同)都會發生無數次:會有無數個孕育人類的星球,它們之中會有和你一摸一樣的人--一模一樣的長相、名字、記憶甚至和你一模一樣的動作、選擇--這樣的人還不止一個,確切的說,是無窮多個。
最新的宇宙學觀測表明,平行宇宙的概念並非一種比喻。空間似乎是無限的。如果真是這樣,一切可能會發生的事情必然會發生,不管這些事有多荒唐。在比我們天文觀測能企及范圍遠得多的地方,有和我們一模一樣的宇宙。天文學家甚至計算出它們距地球的平均距離。
你很可能永遠見不到你的「影子」們。你能觀測到的最遠距離也就是自大爆炸以來光所行進的最遠距離:大約140億光年,即4X10^26米--該距離為半徑的球體正好定義了我們可觀測視界的大小,或者簡單地說,宇宙的大小,又叫做哈勃體積。同樣的,另一個你所在的宇宙也是個同樣大小的球體。以上便是對「平行宇宙」最直觀的解釋。每個宇宙都是更大的「多重宇宙」的一小部分。
平行宇宙層次
對「宇宙」的如此定義,人們也許會認為這只是種形而上學的方式罷了。然則物理學和形而上學的區別在於該理論是否能通過實驗來測試,而不是它看起來是否怪異或者包含難以察覺的東西。多年來,物理學前沿不斷擴張,吸收融合了許多抽象的(甚至一度是形而上學的)概念,比如球形的地球、看不見的電磁場、時間在高速下流動減慢、量子重疊、空間彎曲、黑洞等等。近幾年來「多重宇宙」的概念也加入了上面的名單,與先前一些經過檢驗的理論,如相對論和量子力學配合起來,並且至少達到了一個經驗主義科學理論的基本標准:作出預言。當然作出的論斷也可能是錯誤的。科學家們迄今討論過多達4種類型獨立的平行宇宙。現在關鍵的已不是多重宇宙是否存在的問題了,而是它們到底有多少個層次。
第一層次:視界之外
所有的平行宇宙組成第一層多重宇宙。--這是爭論最少的一層。所有人都接受這樣一個事實:雖然我們此時此刻看不見另一個自己,但換一個地方或者簡單地在原地等上足夠長的時間以後就能觀察到了。就像觀察海平面以外駛來的船隻--觀察視界之外物體的情形與此類似。隨著光的飛行,可觀察的宇宙半徑每年都擴大一光年,因此只需要坐在那裡等著瞧。當然,你多半等不到另一個宇宙的另一個你發出的光線傳到這里那天,但從理論上講,如果宇宙擴張的理論站得住腳的話,你的後代就有可能用超級望遠鏡看到它們。
怎麼樣,第一層多重宇宙的概念聽起來平平無奇?空間不都是無限的么?誰能想像某處插著塊牌子,上書「空間到此結束,當心下面的溝」?如果是這樣,每個人都會本能的置疑:盡頭的「外面」是什麼?實際上,愛因斯坦的重力場理論偏偏把我們的直覺變成了問題。空間有可能不是無限,只要它具有某種程度的彎曲或者並非我們直覺中的拓撲結構(即具有相互聯絡的結構)。
另一種可能是:空間本身無限,但所有物質被限制在我們周圍一個有限區域內--曾經流行的「島狀宇宙」模型。該模型不同之處在於,在大尺度下物質分布會呈現分形圖案,而且會不斷耗散殆盡。這種情形下,第一層多重宇宙里的幾乎每個宇宙最終都將變得空空如也,陷入死寂。但是近期關於三維銀河分布與微波背景的觀測指出物質的組織方式在大尺度上呈現出某種模糊的均勻,在大於10^24米的尺度上便觀測不到清晰的細節了。假定這種模式延伸下去,我們可觀測宇宙以外的空間也將充滿行星、恆星和星系。
有資料支持空間延伸於可觀測宇宙之外的理論。WMAP衛星最近測量了微波背景輻射的波動(左圖)。最強烈的振幅超過了0.5開,暗示著空間非常之大,甚至可能無窮(中圖)。另外,WMAP和2dF星系紅移探測器發現在非常大的尺度下,空間均勻分布著物質
生活在第一層多重宇宙不同平行宇宙中的觀察者們將察覺到與我們相同的物理定律,但初始條件有所不同。根據當前理論,大爆炸早期的一瞬間物質按一定的隨機度被拋出,此過程包含了物質分布的一切可能性,每種可能性都不為0。宇宙學家們假定我們所在的當初有著近似均勻物質分布和初始波動狀態(100,000可能性中的一種)的宇宙,是一個相當典型的(至少在所有產生了觀察者的平行宇宙中很典型)個體。那麼距你最近的和你一模一樣那個人將遠在10^(10^28)米之外;而在10^(10^92)米外才會有一個半徑100光年的區域,它裡面的一切與我們居住的空間絲毫不差,也就是說未來100年內我們世界所發生的每件事都會在該區域完全再現;而至少10^(10^118)米之外該區域才會增大到哈勃體積那麼大,換句話說才會有一個和我們一模一樣的宇宙。
與我們宇宙一模一樣的另一個宇宙的平均距離,距你最近那個「分身」沒准並不象理論計算的那麼遠,也許要近得多。因為物質的組織方式還要受其他物理規律制約。給定一些諸如行星的形成過程、化學方程式等規律,天文學家們懷疑僅在我們的哈勃體積內就存在至少10^20個有人類居住的行星;其中一些可能和地球十分相像。
第一層多重宇宙的框架通常被用來評估現代宇宙學的理論,雖然該過程很少被清晰地表達。舉例來說,考察我們的宇宙學家如何通過微波背景來試圖得出「球形空間」的宇宙幾何圖。隨著空間曲率半徑的不同,那些「熱區域」和「冷區域」在宇宙微波背景圖上的大小會呈現某種特徵;而觀測到的區域表明曲率太小不足以形成球形的封閉空間。然而,保持統計學上的嚴格是非常重要的事。每個哈勃空間的這些區域的平均大小完全是隨機的。因此有可能是宇宙在愚弄我們--並非空間曲率不足以形成封閉球形使得觀測到的區域偏小,而恰巧因為我們宇宙的平均區域天生就比別的來的小。所以當宇宙學家們信誓旦旦保證他們的球狀空間模型有99.9%可信度的時候,他們的真正意思是我們那個宇宙是如此地不合群,以至1000個哈勃體積之中才會出一個象那樣的。
這堂課的重點是:即使我們沒法觀測其他宇宙,多重宇宙理論依然可以被實踐驗證。關鍵在於預言第一層多重宇宙中各個平行宇宙的共性並指出其概率分布--也就是數學家所謂的「度量」。我們的宇宙應當是那些「出現可能性最大的宇宙」中的一個。否則--我們很不幸地生活在一個不大可能的宇宙中--那麼先前假設的理論就有大麻煩了。如我們接下來要討論的那樣,如何解決這度量上的問題將會變得相當有挑戰性。
第二層次:膨脹後留下的氣泡
如果第一層多重宇宙的概念不太好消化,那麼試著想像下一個擁有無窮組第一層多重宇宙的結構:組與組之間相互獨立,甚至有著互不相同的時空維度和物理常量。這些組構成了第二層多重宇宙--被稱為「無序的持續膨脹」的現代理論預言了它們。
「膨脹」作為大爆炸理論的必然延伸,與該理論的許多其他推論聯系緊密。比如我們的宇宙為何如此之大而又如此的規整,光滑和平坦?答案是「空間經歷了一個快速的拉伸過程」,它不僅能解釋上面的問題,還能闡釋宇宙的許多其他屬性。【見《膨脹的宇宙》 by Alan H. Guth and Paul J. Steinhard; Scientific American, May 1984; 《自我繁殖的膨脹宇宙》 by Andrei Linde, November 1994 】「膨脹」理論不僅為基本粒子的許多理論所語言,而且被許多觀測證實。「無序的持續」指的是在最大尺度上的行為。作為一個整體的空間正在被拉伸並將永遠持續下去。然而某些特定區域卻停止拉神,由此產生了獨立的「氣泡」,好像膨脹的烤麵包內部的氣泡一樣。這種氣泡有無數個。它們每個都是第一層多重宇宙:在尺寸上無限而且充滿因能量場漲落而析出的物質。
對地球來說,另一個氣泡在無限遙遠之外,遠到即使你以光速前進也永遠無法到達。因為地球和「另一個氣泡」之間的那片空間拉伸的速度遠比你行進的速度快。如果另一個氣泡中存在另一個你,即便你的後代也永遠別想觀察到他。基於同樣的原因,即空間在加速擴張,觀察結果令人沮喪的指出:即便是第一層多重空間中的另一個自己也將看不到了。
第二層多重宇宙與第一層的區別非常之大。各個氣泡之間不僅初始條件不同,在表觀面貌上也有天壤之別。當今物理學主流觀點認為諸如時空的維度、基本粒子的特性還有許許多多所謂的物理常量並非基本物理規律的一部分,而僅是一種被稱作「對稱性破壞」過程的結果而已。舉例言之,理論物理學家認為我們的宇宙曾一度由9個相互平等的維度組成。在宇宙早期歷史中,只有其中3個維度參與空間拉神,形成我們現在觀察到的三維宇宙。其餘6個維度現在觀察不到了,因為它們被捲曲在非常微小的尺度中,而且所有的物質都分布在這三個充分拉伸過的維度「表面」上(對9維來說,三維就是一個面而已,或者叫一層「膜」)。
我們生活在3+1維時空之中,對此我們並不特別意外。當描述自然的偏微分方程是橢圓或者超雙曲線方程時,也就是空間或者時間其中之一是0維或同時多維,對觀測者來說,宇宙不可能預測(紫色和綠色部分)。其餘情況下(雙曲線方程),若n>3,原子無法穩定存在,n<3,復雜度太低以至於無法產生自我意識的觀測者(沒有引力,拓撲結構也成問題)。
由此,我們稱空間的對稱性被破壞了。量子波的不確定性會導致不同的氣泡在膨脹過程中以不同的方式破壞平衡。而結果將會千奇百怪。其中一些可能伸展成4維空間;另一些可能只形成兩代誇克而不是我們熟知的三代;還有些它們的宇宙基本物理常數可能比我們的宇宙大。
產生第二層多重宇宙的另一條路是經歷宇宙從創生到毀滅的完整周期。科學史上,該理論由一位叫Richard C的物理學家於二十世紀30年代提出,最近普林斯頓大學的Paul J. Steinhardt和劍橋大學的Neil Turok兩位科學家對此作了詳盡闡述。Steinhardt和Turok 提出了一個「次級三維膜」的模型,它與我們的空間相當接近,只是在更高維度上有一些平移。【see 『Been There, Done That,『 by George Musser; News Scan, Scientific American, March 2002】該平行宇宙並非真正意義上的獨立宇宙,但宇宙作為一個整體--過去、現在和未來--卻形成了多重宇宙,並且可以證明它包含的多樣性恰似無序膨脹宇宙所包含的。此外,沃特盧的物理學家Lee Smolin還提出了另一種與第二層多重宇宙有著相似多樣性的理論,該理論中宇宙通過黑洞創生和變異而非通過膜物理學。
盡管我們沒法與其他第二層多重宇宙之中的事物相互作用,宇宙學家仍能間接地指出它們的存在。因為他們的存在可以用來很好地解釋我們宇宙的偶然性。做一個類比:設想你走進一座旅館,發現了一個房間門牌號碼是1967,正是你出生那年。多麼巧合呀,在那瞬間你驚嘆到。不過你隨即反應過來,這完全不算什麼巧合。整個旅館有成百上千的房間,其中有一個和你生日相同很正常。然而你若看見的是另一個與你毫無干係的數字,便不會引發上面的思考。這說明什麼問題呢?即便對旅館一無所知,你也可以用上面的方法來解釋很多偶然現象。
讓我們舉個更切題的例子:考察太陽的質量。太陽的質量決定它的光度(即輻射的總量)。通過基本物理運算我們可知只有當太陽的質量在1.6X10^30~2.4X10^30千克這么個狹窄范圍內,地球才可能適合生命居住。否則地球將比金星還熱,或者比火星還冷。而太陽的質量正好是2.0X10^30千克。乍看之下,太陽質量是種驚人的幸運與巧合。絕大多數恆星的質量隨機分布於10^29~10^32千克的巨大范圍內,因此若太陽出生時也隨機決定質量的話,落在合適范圍的機會將微乎其微。然而有了旅館的經驗,我們便明白這種表面的偶然實為大系統中(在這個例子里是許多太陽系)的必然選擇結果(因為我們在這里,所以太陽的質量不得不如此)。這種與觀測者密切相關的選擇稱為「人擇原理」。雖然可想而知它引發過多麼大的爭論,物理學家們還是廣泛接收了這一事實:驗證基礎理論的時候無法忽略這種選擇效應。
適用於旅館房間的原理同樣適用於平行宇宙。有趣的是:我們的宇宙在對稱性被打破的時候,所有的(至少絕大部分)屬性都被「調整」得恰到好處,如果對這些屬性作哪怕極其微小的改變,整個宇宙就會面目全非--沒有任何生物可以存在於其中。如果質子的質量增加0.2%,它們立即衰變成中子,原子也就無法穩定的存在。如果電磁力減小4%,便不會有氫,也就不會有恆星。如果弱相互作用再弱一些,氫同樣無法形成;相反如果它們更強些,那些超新星將無法向星際散播重元素離子。如果宇宙的常數更大一些,它將在形成星系之前就把自己炸得四分五裂。
雖然「宇宙到底被調節得多好」尚無定論,但上面舉的每一個例子都暗示著存在許許多多包含每一種可能的調節狀態的平行宇宙。【see 『Exploring Our Universe and Others,『 by Martin Rees; Scientific American, December 1999】第二層多重宇宙預示著物理學家們不可能測定那些常數的理論值。他們只能計算出期望值的概率分布,在選擇效應納入考慮之後。
第三層次:量子平行世界
第一層和第二層多重宇宙預示的平行世界相隔如此之遙遠,超出了天文學家企及的范圍。但下一層多重宇宙卻就在你我身邊。它直接源於著名的、備受爭議的量子力學解釋--任何隨機量子過程都導致宇宙分裂成多個,每種可能性一個。
量子平行宇宙。當你擲骰子,它看起會隨機得到一個特定的結果。然而量子力學指出,那一瞬間你實際上擲出了每一個狀態,骰子在不同的宇宙中停在不同的點數。其中一個宇宙里,你擲出了1,另一個宇宙里你擲出了2……。然而我們僅能看到全部真實的一小部分--其中一個宇宙。
20世紀早些年,量子力學理論在解釋原子層面現象方面的成功掀起了物理學革命。在原子領域下,物質運動不再遵守經典的牛頓力學規律。在量子理論解釋它們取得矚目成功的同時卻引發了爆炸性激烈的爭論。它到底意味著什麼?量子理論指出宇宙並不像經典理論描述的那樣,決定宇宙狀態的是所有粒子的位置和速度,而是一種叫作波函數的數學對象。根據薛定鄂方程,該狀態按照數學家稱之為「統一性」的方式隨時間演化,意味著波函數在一個被稱為「希爾伯特空間」的無窮維度空間中演化。盡管多數時候量子力學被描述成隨機和不確定,波函數本身的演化方式卻是完全確定,沒有絲毫隨機性可言的。
關鍵問題是如何將波函數與我們觀測到的東西聯系起來。許多合理的波函數都導致看似荒謬不合邏輯的狀態,比如那隻在所謂的量子疊加下同時處於死和活兩種狀態的貓。為了解釋這種怪異情形,在20實際20年代,物理學家們做了一種假設:當有人試圖觀察時,波函數立即「坍塌」成經典理論中的某種確定狀態。這個附加假設能夠解決觀測發現的問題,然而卻把原本優雅和諧統一的理論變得七拼八湊,失去統一性。隨機性的本質通常歸咎於量子力學本身就是這些不順眼假設的結果。
許多年過去了,物理學家們逐漸拋棄了這種假設,轉而開始接受普林斯頓大學畢業生Hugh Everett在1957年提出的一種觀點。他指出「波函數坍塌」的假設完全是多餘的。純粹的量子理論實際上並不產生任何矛盾。它預示著這樣一種情形:一個現實狀態會逐漸分裂成許多重疊的現實狀態,觀測者在分裂過程中的主觀體驗僅僅是經歷完成了一個可能性恰好等於以前「波函數坍塌假設結果」的輕微的隨機事件。這種重疊的傳統世界就是第三層多重宇宙。
四十多年來,物理界為是否接受Everett的平行世界猶豫不決,數度反復。但如果我們將之區分成不同視點分別來看待,就會更容易理解。研究它數學方程的物理學家們站在外部的視點,好像飛在空中的鳥審視地面;而生活在方程所描述世界裡的觀測者則站在內部的視點,就好比被鳥俯瞰的一隻青蛙。
在鳥看來,整個第三層多重宇宙非常簡單。只用一個平滑演化的、確定的波函數就能就能描繪它而不引發任何分裂或平行。被這個演化的波函數描繪的抽象量子世界內部卻包含了大量平行的經典世界。它們一刻不停的分裂、合並,如同經典理論無法描述的一堆量子現象。在青蛙看來,觀察者感知的只有全部真相的一小部分。它們能觀測到自己所在那個第一層宇宙,但是一種模仿波函數坍塌效果而又保留統一性、被稱為「去相干」的作用卻阻礙他們觀測到與之平行的其他宇宙。
每當觀測者被問及一個問題、做一個決定或是回答一個問題,他大腦里的量子作用就導致復合的結果,諸如「繼續讀這篇文章」和「放棄閱讀本文」。在鳥看來,「作出決定」這個行為導致該人分裂成兩個,一個繼續讀文章而另一個做別的去了。而在青蛙看來,該人的兩個分身都沒有意識到彼此的存在,它們對剛才分裂的感知僅僅是經歷了個輕微的隨機事件。他們只知道「自己」做了什麼決定,而不知道同時還有一個「他」做了不同的決定。
盡管聽起來很奇怪,這種事情同樣發生在前面講過的第一層多重宇宙中。顯然,你剛作出了「繼續閱讀本文」的決定,然而在很遠很遠的另一個銀河系中的另一個你在讀過第一段之後就放下了雜志。第一層宇宙和第三層宇宙唯一的區別就是「另一個你」身處何處。第一層宇宙中,他位於距你很遠之處--通常維度空間概念上的「遠」。第三層宇宙中,你的分身住在另一個量子分支中,被一個維度無限的希爾伯特空間分隔開來。
第三層多重宇宙的存在基於一個至關重要的假設:波函數隨時間演化的統一。所幸迄今為止的實驗都不曾與統一性假設背離。在過去幾十年裡我們在各種更大的系統中證實了統一性的存在:包括碳-60布基球和長達數公里的光纖中。理論反面,統一性也被「去相干」作用的發現所支持。【see 『100 Years of Quantum Mysteries,『 by Max Tegmark and John Archibald Wheeler; Scientific American, February 2001】只有一些量子引力方面的理論物理學家對統一性提出置疑,其中一個觀點是蒸發中的黑洞有可能破壞統一性,應該是個非統一性過程。但最近一項被叫做「AdS/CFT一致」的弦理論方面的研究成果暗示:量子引力領域也具有統一性,黑洞並不抹消信息,而是把它們傳送到了別處。
如果物理學是統一的,那麼大爆炸早期量子波動是如何運作的那幅標准圖畫將不得不改寫。它們並非隨機產生某個初始條件,而是產生重疊在一起的所有可能的初始條件,同時存在。然後,「去相干」作用保證它們在各自的量子分支里像傳統理論那樣演化下去。這就是關鍵之處:一個哈勃體積內不同量子分支(即第三層多重宇宙)演化出的分布結果與不同哈勃體積內同一個量子分支(即第一層多重宇宙)演化出的分布結果是毫無區別的。量子波動的該性質在統計力學中被稱為「遍歷性」。
同樣的原理也可以適用在第二層多重宇宙。破壞對稱性的過程並不只產生一個獨一無二的結果,而是所有可能結果的疊加。這些結果之後按自己的方向發展。因此如果在第三層多重宇宙的量子分支中物理常數、時空維度等各不相同的話,那些第二層平行宇宙同樣也將各不相同。
換句話說,第三層多重宇宙並沒有在第一層和第二層上增加任何新東西,只是它們更加難以區分的復製品罷了--同樣的老故事在不同量子分支的平行宇宙間一遍遍上演。對Everett理論一度激烈的懷疑便在大家發現它和其他爭議較少的理論實質相同之後銷聲匿跡了。
毫無疑問,這種聯系是相當深層次的,物理學家們的研究也才處於剛剛起步階段。例如,考察那個長久以來的問題:隨著時間流逝,宇宙的數目會以指數方式暴漲嗎?答案是令人驚訝的「不」。在鳥看來,全部世界就是由單個波函數描述的東西;在青蛙看來,宇宙個數不會超過特定時刻所有可區別狀態的總數--也即是包含不同狀態的哈勃體積的總數。諸如行星運動到新位置、和某人結婚或是別的什麼,這些都是新狀態。在10^8開溫度以下,這些量子狀態的總數大約是10^(10^118)個,即最多這么多個平行宇宙。這是個龐大的數目,卻很有限。
第四層次:其他數學界構
雖然在第一、第二和第三層多重宇宙中初始條件、物理常數可能各不相同,但支配自然的基礎法則是相同的。為什麼要到此為止?為何不讓這些基礎法則也多樣化?來個只遵守經典物理定律,讓量子效應見鬼去的宇宙如何?想像一個時間像計算機一樣一段一段離散地流逝,而非現在那樣連續地流逝的宇宙?再想像一個簡單的空心十二面體宇宙?在第四層多重宇宙里,所有這些形態都存在。
平行宇宙的終極分類,第四層。包含了所有可能的宇宙。宇宙之間的差異不僅在表現物理位置、屬性或者量子狀態,還可能是基本物理規律。它們在理論上幾乎就是不能被觀測的,我們能做的只有抽象思考。該模型解決了物理學中的很多基礎問題。
為什麼說上述的多重宇宙並非無稽之談?理由之一就是抽象推理和實際觀測結果間存在著密不可分的聯系。數學方程式,或者更一般地,數字、矢量、幾何圖形等數學結構能以難以置信的逼真程度描述我們的宇宙。1959年的一次著名講座上,物理學家Eugene P. Wigner闡述了「為何數學對自然科學的幫助大得神乎其神?」反言之,數學對它們(自然科學)有著可怕的真實感。數學結構能成為基於客觀事實的主要標准:不管誰學到的都是完全一樣的東西。如果一個數學定理成立的話,不管一個人,一台計算機還是一隻高智力的海豚都同樣認為它成立。即便外星文明也會發現和我們一摸一樣的數學界構。從而,數學家們向來認為是他們「發現」了某種數學結構,而不是「發明」了它。
宇宙的數學結構是抽象、永恆的實體,獨立於時空之外。如果把歷史比作一段錄像,數學結構不是其中一楨畫面,而是整個錄像帶。試設想一個由四處運動的點狀粒子構成的三維世界。在四維時空--也就是鳥的視點--看來,世界類似一鍋纏繞糾結的義大利面條。如果青蛙觀測到一個總是擁有恆定速率,方向的粒子,那麼鳥就直接看到它的?/ca>
⑥ 宇宙二次元空間,請問有沒有另一個宇宙宇宙有可能也是一個星系和每個星球一樣他也有其他的宇宙空間
我預感到有某種超智慧存在,他們設計製造了一個超級矩陣系統SMS,並在該平台上開發編寫了一套多維空間虛擬程序TT-DVRA,正是這套程序的開啟運行,虛擬造就了我們這個世界——宇宙。所有的物質,以及它們的相互作用與對應關系,都是由程序事先寫好的,可以說這是一個嚴謹到天衣無縫的精妙體系。因為它太有規律了,以至於我們這些被虛擬出來的智慧生命,每每想到這里都由衷發自內心地贊嘆,這一切似乎太不可思議了!
破譯的終極-Hypothesized world (被假設的世界)
現在有許多書籍和網站探討駭客帝國哲學,其實我也有類似的想法:我生活的這個世界是真實的還是虛幻的?這個問題也同樣因為電影而提出,比如The Truman Show(楚門的世界)和Abre los ojos(翻拍為Vanilla Sky)以及The Thirteenth Floor(異次元駭客)。這個學說還被一位哲學家Nick Bostrom升級,寫成《你生活在一個電腦世界嗎?》因此我時常思索這樣一個問題,什麽是真實的存在?是不是像有些人的觀點,實質的,物理的世界才是虛幻呢?
那麽由此我對這個世界的解釋為,我們所看到的身処的這個無邊無際的宇宙以及它所包含的物質運動規律,都只不過是一台被稱之為Super Matrix System的超級計算機程序虛擬出來的模仿擬像而已。所以我們不妨來試著這樣假設,有那麽一個真實存在且高度文明的世界,那裏的智慧生物進化到近乎理解宇宙萬物運動規律的程度,他們設計製造了一台叫做Super Matrix System的超級矩陣系統,並且在它上面開發編寫了一整套Ten three-dimensional Virtual Reality Application,虛擬出了一個他們認為近乎合理到天衣無縫的模型體系。在這個虛擬宇宙模型中同樣會有以他們的原形設計的生命元,並且這些生命元會按照Ten three-dimensional Virtual Reality Application事先定義好的規則升級進化。
直到有一天出現了人類,然後再用億萬年的時間進化到像現實中的他們那樣,擁有高度發達的智慧與文明,能夠有能力去製造同樣一台叫Super Matrix System的機器,接著那些實質為虛擬的人類依照自身對自然的認知也去虛擬了一個宇宙模型,而這個再次被虛擬的宇宙模型中也註定會有生命元,且進化到同樣高的程度必然也會去製造一台Super Matrix System機器,再往後推理又會繼續去虛擬下一個宇宙,依次周而復始無限循環嵌套下去。
那麽我們究竟存在於這無數層嵌套的哪一環呢?就目前來看,生命元是不可能想像得出宇宙之外的事情的,這更受限於Super Matrix System在設計之初就已經迴避了對母體自身的不安全因素。所以我更傾向於Super Matrix System根本不允許生命元代碼擁有突破宇宙之外的意識概念,否則的話當生命元升級到一定程度後就會破壞系統的平衡。而且我們也不會有什麽自由思想,所謂的自由也只是被限制在一定范圍之內的。比如我現在猜破了這一玄機,認定這個世界是被超智慧製造虛擬出來的,如果這一刻我的頭腦擁有了自由思想,那麽為什麽我卻無法去證明驗證我的猜測呢?再比如,我發揮我的自由思想,我想此時此刻我就站在宇宙以外的某個地方,我正在放眼審視宇宙的真相,可是我能把看到的一切都描繪出來嗎?
所以說我們沒有什麽自由思想,所謂的自由也只是被限制在一定范圍之內的。另外在我們的社會群體中還存在一種現象值得我們去推敲,那就是人類個體都喜歡反駁他人的觀點。一個事情的正反兩面,都有不少人在反駁,假如有一個人說這個是對的,馬上就會有人站出來反對他,反之也一樣。照這樣來說「否認」是人類個體最常見的反應了。更值得一提的是,人在一生當中說得最多的一句話就是「不知道!」而這也是一點可疑之処。這個所謂的「否認」和「不知道」其實都是Super Matrix System超級矩陣系統的原始程序代碼的遺留問題。早期的TT-DVRA為了防止思維元破譯該體系,在最初設計的時候就對它們的社會交互性採用了一種間接迴避補償模式,進而很好的避免了該嚴密系統的過快崩潰。
也許真正的真理就在SMS母體自身之外,人類永遠也無法知曉,因為有些東西自始至終我們也無法明白。展望遙遠的未來,我們的智慧與文明也必將進化到一個更高的層面,這讓我們也有能力製造一台象Super Matrix System一樣的超級計算機系統,同樣用於去模擬我們所認為的這個宇宙體系,其中有生命,並且也會沿著設計好的時間規則進化……
最後我只能用Morpheus的著名台詞「Pulled over our eyes to blind us from the truth」(拉到我們眼前來使我們看不到真實)來結束這次討論。
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我的思想本身也是受限的,所以文中所涉及的詞彙也許並不貼切,無法真正表明我的想法。關於超智慧,那也是相對而言的,沒有絕對的超智慧,一個比我們早出現壹千萬年的文明對於我們來說就是超智慧。至於他們製造的計算機SMS還能否稱得上是計算機,又或者早就超越了計算機的境界,那就另當別論了。不過有一點我認為,即便是再先進他也要有編碼的存在,只是編碼方式的優越性不同罷了,設想如果不編碼又怎麽能組織物質呢?
⑦ 二次元 系統
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⑧ 宇宙和銀河系又是什麼
現在宇宙被普遍認為是質量在時空中的總體分布及其所有變化,而宇宙除了包含有銀河系之外,也存有數不清的河外星系。換句話說,銀河系是宇宙結構之中的一小部 分。人類所在的地球就位於銀河系當中。並且銀河系內部約有2000多億個恆星,其中有三顆紅色且明亮的恆星,這三顆恆星的直徑都超過10億公里,周長是太 陽的1500倍。另外太陽是太陽系當中唯一的恆星,它也是太陽系中唯一會發光的天體
太陽系內有包含著多顆行星,按照順序依次分為水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星。地球是人類生存居住的唯一行星,也是目前宇宙中已知存在 生命的唯一天體。地球上分布有71%的海洋和29%的陸地。據可靠數據表明,地球誕生於46億年前,而地球產生的年齡要比太陽系晚30億年到45億年左 右。並且地球產生的年齡要比宇宙晚100億年左右。也就是說,在宇宙誕生之後才陸續出現了各類的星系及行星天體,如果沒有宇宙存在的話,那銀河系也將不復 存在,更別談地球會出現了。
由於宇宙還存在不斷膨脹當中,因此宇宙內部各天體的運行位置也是不固定的。眾人普遍認為宇宙天體處於永恆的運動和發展之中,並且天體的運動形式是多種多樣的。
⑨ 整個宇宙-銀河系,太陽系,月球,宗教,天界,二次元,時間至空間支撐點怎麼都在地球上呢
不會啊,反正都太虛無了,主要人類是現在唯一,自己確信的已知有自主意識的生物嘛,所以時空的支撐點是人類自己定的。
就算有外星人,人類的消失或者存在對他們應該也沒有什麼重大的影響。而且人家外星人對於時空的支撐點,肯定也是自己定的。
不會遭殃啊,地球,只是宇宙浩瀚無際的星辰大海中的一粒塵埃,和其他千萬星辰一樣,默默的繞固定軌道運轉著。地球的消失或毀滅,除了影響地球生物本身,不會影響到什麼了。
⑩ 二次元空間及宇宙黑洞
次元可以理解為宇宙的維數,第十次元空間即使第十維宇宙。在M-理論中,空間有十一維,但是人們認為其中六七個或七個方向被捲曲成非常小,只留下三個大的幾乎平坦的方向。霍金提出了他的宇宙模型,給出了11維空間,認為要描述宇宙,X、Y、Z和T(時間)4個未知數是不夠的,要加到11個未知數之後,才能夠解釋宇宙的很多結構。根據物理學家的看法還應該有7個維。盡管有這么多的維,但這些維是看不見的,它們自身卷在了一起,被稱為壓縮的維。為了弄清這種看法,讓我們再以螞蟻為例展開我們的想像。我們可以設想一下,將螞蟻在上面行走的那張紙捲起來,直到捲成一個圓筒形。如果螞蟻沿著的紙壁走,最後它又會回到出發點,這就是壓縮維的一個例子。如果能沿著著名的麥比烏斯帶走,也會發生上述現象,當然,它是3維的,但如果沿著它走過,總是會回到出發點的。麥比烏斯帶從維的角度講是壓縮的,按照物理學它有3個維,但誰在上面行走,都只能認知人一個維。這就有點像左圖上的人:上行或者下行,但永遠不會走到盡頭。如果螞蟻不是沿著紙筒彎曲的壁行走,它就永遠不會返回到原出發點。這就是二維(或者說被我們所感知的那種維)的例子,沿著它一直走,就不可能返回到原來的出發點。PS一維空間為線,即是以長為主的。二維空間為面,即線重合的太多了就有了長和寬,也就組成了面。三維空間為立體,即面重合的太多了,就有了長、寬和高,也就組成了立體形狀。四維空間為時間,即時間有遠近之分、現實與超現實之分、空間與超空間之分、長短之分、動態與靜態之分,是融入到所有有形與無形的空間之中的。五維空間為大腦顯意識思維,是以思維波能量的速度運行的。六維空間為大腦潛意識思維,是以思維波的暗物質能量、潛意識的深度能量來發揮的,是身心智慧的取之不盡、用之不竭、無窮無盡的能量源泉。七維空間為時空交融與分流,即時空學說
黑洞(Black hole)是現代廣義相對論中,宇宙空間內存在的一種超高質量天體,由於類似熱力學上完全不反射光線的黑體,故名為黑洞。黑洞是由質量足夠大的恆星在核聚變反應的燃料耗盡而「死亡」後,發生引力坍縮產生的。黑洞的質量極其巨大,而體積卻十分微小,它產生的引力場極為強勁,以致於任何物質和輻射在進入到黑洞的一個事件視界(臨界點)內,便再無力逃脫,就連傳播速度最快的光(電磁波)也逃逸不出。
編輯本段名詞解釋
指時空曲率大到光都無法從其視界逃脫的天體。
編輯本段產生過程
黑洞就是中心的一個密度無限大、時空曲率無限高、熱量無限高、體積無限小的奇點和周圍一部分空空如也的天區,這個天區范圍之內不可見。黑洞的產生過程類似於中子星的產生過程;某一個恆星在准備滅亡,核心在自身重力的作用下迅速地收縮,塌陷,發生強力爆炸。當核心中所有的物質都變成中子時收縮過程立即停止,被壓縮成一個密實的星體,同時也壓縮了內部的空間和時間。但在黑洞情況下,由於恆星核心的質量大到使收縮過程無休止地進行下去,中子本身在擠壓引力自身的吸引下被碾為粉末,剩下來的是一個密度高到難以想像的物質。由於高質量而產生的力量,使得任何靠近它的物體都會被它吸進去。黑洞開始吞噬恆星的外殼,但黑洞並不能吞噬如此多的物質,黑洞會釋放一部分物質,射出兩道純能量——γ射線。。
也可以簡單理解:通常恆星的最初只含氫元素,恆星內部的氫原子時刻相互碰撞,發生聚變。
黑洞由於恆星質量很大,聚變產生的能量與恆星萬有引力抗衡,以維持恆星結構的穩定。由於聚變,氫原子內部結構最終發生改變,破裂並組成新的元素——氦元素,接著,氦原子也參與聚變,改變結構,生成鋰元素。如此類推,按照元素周期表的順序,會依次有鈹元素、硼元素、碳元素、氮元素等生成,直至鐵元素生成,該恆星便會坍塌。這是由於鐵元素相當穩定,參與聚變時不釋放能量,而鐵元素存在於恆星內部,導致恆星內部不具有足夠的能量與質量巨大的恆星的萬有引力抗衡,從而引發恆星坍塌,最終形成黑洞。說它「黑」,是指它就像宇宙中的無底洞,任何物質一旦掉進去,就再不能逃出。跟白矮星和中子星一樣,黑洞可能也是由質量大於太陽質量好幾倍以上的恆星演化而來的。
黑洞當一顆恆星衰老時,它的熱核反應已經耗盡了中心的燃料(氫),由中心產生的能量已經不多了。這樣,它再也沒有足夠的力量來承擔起外殼巨大的重量。所以在外殼的重壓之下,核心開始坍縮,物質將不可阻擋地向著中心點進軍,直到最後形成體積接近無限小、密度幾乎無限大的星體。而當它的半徑一旦收縮到一定程度(一定小於史瓦西半徑),質量導致的時空扭曲就使得即使光也無法向外射出——「黑洞」就誕生了。[3]
編輯本段表現形式
引力強大的黑洞。恆星的時空扭曲改變了光線的路徑,使之和原先沒有恆星情況下的路徑不一樣。光在恆星表面附近稍微向內偏折,在日食時觀察遠處恆星發出的光線,可以看到這種偏折現象。當該恆星向內坍塌時,其質量導致的時空扭曲變得很強,光線向內偏折得也更強,從而使得光線從恆星逃逸變得更為困難。對於在遠處的觀察者而言,光線變得更黯淡更紅。最後,當這恆星收縮到某一臨界半徑(史瓦西半徑)時,其質量導致時空扭曲變得如此之強,使得光向內偏折得也如此之強,以至於光線再也逃逸不出去 。這樣,如果光都逃逸不出來,其他東西更不可能逃逸,都會被拉回去。也就是說,存在一個事件的集合或時空區域,光或任何東西都不可能從該區域逃逸而到達遠處的觀察者,這樣的區域稱作黑洞。將其邊界稱作事件視界,它和剛好不能從黑洞逃逸的光線的軌跡相重合。
與別的天體相比,黑洞十分特殊。人們無法直接觀察到它,科學家也只能對它內部結構提出各種猜想。而使得黑洞把自己隱藏起來的的原因即是彎曲的時空。根據廣義相對論,時空會在引力場作用下彎曲。這時候,光雖然仍然沿任意兩點間的最短光程傳播,但相對而言它已彎曲。在經過大密度的天體時,時空會彎曲,光也就偏離了原來的方向。
在地球上,由於引力場作用很小,時空的扭曲是微乎其微的。而在黑洞周圍,時空的這種變形非常大。這樣,即使是被黑洞擋著的恆星發出的光,雖然有一部分會落入黑洞中消失,可另一部分光線會通過彎曲的空間中繞過黑洞而到達地球。觀察到黑洞背面的星空,就像黑洞不存在一樣,這就是黑洞的隱身術。
更有趣的是,有些恆星不僅是朝著地球發出的光能直接到達地球,它朝其它方向發射的光也可能被附近的黑洞的強引力折射而能到達地球。這樣我們不僅能看見這顆恆星的「臉」,還同時看到它的「側面」、甚至「後背」,這是宇宙中的「引力透鏡」效應。
這張紅外波段圖像拍攝的是我們所居住銀河系的中心部位,所有銀河系的恆星都圍繞銀心部位可能存在的一個超大質量黑洞公轉。 據美國太空網報道,一項新的研究顯示,宇宙中最大質量的黑洞開始快速成長的時期可能比科學家原先的估計更早,並且現在仍在加速成長。
一個來自以色列特拉維夫大學的天文學家小組發現,宇宙中最大質量黑洞的首次快速成長期出現在宇宙年齡約為12億年時,而非之前認為的20~40億年。天文學家們估計宇宙目前的年齡約為136億年。
同時,這項研究還發現宇宙中最古老、質量最大的黑洞同樣具有非常快速的成長。有關這一發現的詳細情況將發表在最新一期的《天體物理學報》。
編輯本段大型黑洞
巨型黑洞
宇宙中大部分星系,包括我們居住的銀河系的中心都隱藏著一個超大質量黑洞。這些黑洞質量大小不一,大約100萬~100億個太陽質量。天文學家們通過探測黑洞周圍吸積盤發出的強烈輻射推斷這些黑洞的存在。物質在受到強烈黑洞引力下落時,會在其周圍形成吸積盤盤旋下降,在這一過程中勢能迅速釋放,將物質加熱到極高的溫度,從而發出強烈輻射。黑洞通過吸積方式吞噬周圍物質,這可能就是它的成長方式。
這項最新的研究採用了全世界最先進的地基觀測設施,包括位於美國夏威夷莫納克亞山頂,海拔4000多米處的北雙子座望遠鏡,位於智利帕拉那山的南雙子座望遠鏡,以及位於美國新墨西哥州聖阿古斯丁平原上的甚大陣射電望遠鏡。
特大黑洞
新發現的黑洞,位置在距地球5000~1億光年的處女座與白羊座中。專家指出,大部分黑洞質量,只比太陽多出數倍,但是新搜集到的數據顯示,這3個黑洞的質量,約是太陽的5000~1億倍。
黑洞的資料
名稱 質量(太陽=1) 伴星質量(太陽=1)
MGR0J1655-40 5.5 1.2
大麥哲倫雲X-3 6.5 20
J0422432 10 0.3
A0620-00 11 0.5
天鵝座V404 12 0.6
天鵝座X-1 16 30
大質量黑洞的成長
中子星-內部結構模型圖[4]觀測結果顯示,出現在宇宙年齡僅為12億年時的活躍黑洞,其質量要比稍後出現的大部分大質量黑洞質量小10倍。但是它們的成長速度非常快,因而現在它們的質量要比後者大得多。通過對這種成長速度的測算,研究人員可以估算出這些黑洞天體之前和之後的發展路徑。
該研究小組發現,那些最古老的黑洞,即那些在宇宙年齡僅為數億年時便開始進入全面成長期的黑洞,它們的質量僅為太陽的100到1000倍。研究人員認為這些黑洞的形成和演化可能和宇宙中最早的恆星有關。
天文學家們還注意到,在最初的12億年後,這些被觀測的黑洞天體的成長期僅僅持續了1億到2億年。
這項研究是一個已持續7年的研究計劃的成果。特拉維夫大學主持的這項研究旨在追蹤研究宇宙中最大質量黑洞的演化,並觀察它們對宿主星系產生的影響。
已知最大的黑洞
目前,天文學家最新觀測發現小型星系竟包含著一個超大質量黑洞,其質量是太陽的170億倍。天文學家也沒有線索證實這一奇怪現象。
天文學家發現一個超級質量黑洞,所在NGC 1277星系中心膨脹區域59%恆星質量都聚集在黑洞中,這項發現將進一步增添了星系與黑洞之間關系的神秘性。
位於英仙座星系群的小型星系NGC 1277距離地球2.5億光年,這個處在其內部的黑洞質量竟然達到太陽質量的170億倍。相比之下,銀河系中心的超大質量黑洞就是小巫見大巫了,它僅是太陽質量的400萬倍。
普通黑洞僅占星系膨脹區域的0.1%質量,在此之前觀測到擁有最大比例質量黑洞的星系是NCG 4486B,它的黑洞質量占星系的11%。而當前發現NGC 1277星系的神秘巨型黑洞仍是一個謎團,德國馬克思-普朗克天文研究所的天文學家雷姆科-范德-博世說:「我們並未想到宇宙中會存在如此巨大的黑洞,目前我們進一步揭開其中的秘密,並掌握類似的星系在宇宙中如何形成,以及存在的普遍性。」
NGC 1277星系可能並不是唯一的,目前天文學家正在研究多個類似情況的星系,它們可能蘊藏著不成比例的大型黑洞。
編輯本段首次發現
1970年,美國的「自由」號人造衛星發現了與其他射線源不同的天鵝座X-1,位於天鵝座X-1上的是一個比太陽重30多倍的巨大藍色星球,該星球被一個重約10個太陽的看不見的物體牽引著。天文學家一致認為這個物體就是黑洞,它就是人類發現的第一個黑洞。
編輯本段演化過程吸積
黑洞通常是因為它們聚攏周圍的氣體產生輻射而被發現的,這一過程被稱為吸積。高溫氣體輻射熱能的效率會嚴重影響吸積流的幾何與動力學特性。目前觀測到了輻射效率較高的薄盤以及輻射效率較低的厚盤。當吸積氣體接近中央黑洞時,它們產生的輻射對黑洞的自轉以及視界的存在極為敏感。對吸積黑洞光度和光譜的分析為旋轉黑洞和視界的存在提供了強有力的證據。數值模擬也顯示吸積黑洞經常出現相對論噴流也部分是由黑洞的自轉所驅動的。
黑洞拉伸,撕裂並吞噬恆星
通常天體物理學家會用「吸積」這個詞來描述物質向中央引力體或者是中央延展物質系統的流動。吸積是天體物理中最普遍的過程之一,而且也正是因為吸積才形成了我們周圍許多常見的結構。在宇宙早期,當氣體朝由暗物質造成的引力勢阱中心流動時形成了星系。即使到了今天,恆星依然是由氣體雲在其自身引力作用下坍縮碎裂,進而通過吸積周圍氣體而形成的。行星(包括地球)也是在新形成的恆星周圍通過氣體和岩石的聚集而形成的。當中央天體是一個黑洞時,吸積就會展現出它最為壯觀的一面。黑洞除了吸積物質之外,還通過霍金蒸發過程向外輻射粒子。
蒸發
由於黑洞的密度極大,根據公式我們可以知道密度=質量/體積,為了讓黑洞密度無限大,那就說明黑洞的體積要無限小,然後質量要無限大,這樣才能成為黑洞。黑洞是由一些恆星「滅亡」後所形成的死星,它的質量極大,體積極小。但黑洞也有滅亡的那天,按照霍金的理論,在量子物理中,有一種名為「隧道效應」的現象,即一個粒子的場強分布雖然盡可能讓能量低的地方較強,但即使在能量相當高的地方,場強仍會有分布,黑洞噴射物不斷變亮[5]對於黑洞的邊界來說,這就是一堵能量相當高的勢壘,但是粒子仍有可能出去。
霍金還證明,每個黑洞都有一定的溫度,而且溫度的高低與黑洞的質量成反比例。也就是說,大黑洞溫度低,蒸發也微弱;小黑洞的溫度高蒸發也強烈,類似劇烈的爆發。一個太陽大的黑洞,大約要1後面66個0年才能蒸發殆盡;一顆小行星大小的黑洞會在10小數點後面21個0加1秒內蒸發得乾乾凈凈。[1][6]
毀滅
黑洞會發出耀眼的光芒,體積會縮小,甚至會爆炸。當英國物理學家史迪芬·霍金於1974年做此預言時,整個科學界為之震動。
霍金的理論是受靈感支配的思維的飛躍,他結合了廣義相對論和量子理論,他發現黑洞周圍的引力場釋放出能量,同時消耗黑洞的能量和質量。
假設一對粒子會在任何時刻、任何地點被創生,被創生的粒子就是正粒子與反粒子,而如果這一創生過程發生在黑洞附近的話就會有兩種情況發生:兩粒子湮滅、一個粒子被吸入黑洞。「一個粒子被吸入黑洞」這一情況:在黑洞附近創生的一對粒子其中一個反粒子會被吸入黑洞,而正粒子會逃逸,由於能量不能憑空創生,我們設反粒子攜帶負能量,正粒子攜帶正能量,而反粒子的所有運動過程可以視為是一個正粒子的為之相反的運動過程,如一個反粒子被吸入黑洞可視為一個正粒子從黑洞逃逸。這一情況就是一個攜帶著從黑洞里來的正能量的粒子逃逸了,即黑洞的總能量少了,而愛因斯坦的公式E=mc^2表明,能量的損失會導致質量的損失。
當黑洞的質量越來越小時,它的溫度會越來越高。這樣,當黑洞損失質量時,它的溫度和發射率增加,因而它的質量損失得更快。這種「霍金輻射」對大多數黑洞來說可以忽略不計,因為大黑洞輻射的比較慢,而小黑洞則以極高的速度輻射能量,直到黑洞的爆炸。