暗能量驅使，多元宇宙形成！

1998年,三位科學家共同向外界公佈,宇宙的膨脹速度不是恆定的,而是一直處在加速狀態下,也就是宇宙膨脹的速度不會減慢,更不會剎車,只會越來越快。 這個發現一經公佈,轟動了整個天體物理學界,因爲這個發現會導致一個非常不可思議的後果, 那就是,我們可能會發現,我們的宇宙不是唯一的宇宙,而是龐大的複合宇宙中的一部分,也可以說是多元宇宙中的一部分。 你可能會覺得這有些匪夷所思,但經過人類的觀察,這個說法很可能是正確的。 1.暗能量 1929年,當哈勃發現宇宙處在膨脹過程中時,他意識到,那些距離我們遙遠的星系都在慢慢的遠離我們,慢慢的建立屬於他們自己的空間。 所有的星系都在慢慢的,獨立的,形成自己的世界,而這些世界都在加速遠離我們。 但在當時,人類普遍認爲宇宙處在靜止狀態,就連愛因斯坦也這麼認爲。 即便是哈勃發現了宇宙處在膨脹狀態,有一個條件大家都還是確定的, 因爲萬有引力說了,天體,星系之間都有引力,即便是宇宙處在膨脹狀態,那麼星系之間的遠離速度也一定會減速。 就好像你往天上拋了一個蘋果,這個蘋果的加速度肯定會越來越慢。 這種說法一直維繫到20世紀末,也就是我們剛開始提到的那三位科學家。 他們覺得這是個很有意思,也很有意義的事情,便投入到測量宇宙膨脹速度的工作中。 他們通過沒日沒夜的觀察,通過記錄遙遠星系的膨脹率隨時間的變化,最終發現了一個驚人的事實, 宇宙的膨脹速度沒有減速,而是一直處在加速中,並且這個速度越來越快。 這個發現就好像你往天上扔了一個蘋果,而這個蘋果並沒有因爲地球引力而減速, 而是越來越快地往天上飛去,最終消失在你的視野裏。 如此重要的觀測結果,三名天文學家實至名歸,獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。 但這個觀測只是開始,它提出了一個人類難以回答的問題, 究竟是什麼力量讓蘋果不從天上掉下來,而是越發地加速往天上飛? 究竟是什麼東西推動這些遙遠的星系不斷脫離相互間的引力,而越發地往宇宙深淵中擴散? 即便是現在的我們去理解引力,還是會覺得它就是東西相互吸引,互相拉扯的感覺。 這個形容本沒有錯,但是解釋不了宇宙爲什麼會加速膨脹,但是愛因斯坦卻不這麼認爲。 他在廣義相對論中指出,引力可以把東西吸附到一起,也可以把東西推開。 愛因斯坦的這個理論模型,我們已經在視頻裏反覆提及了很多次,愛因斯坦覺得空間和時間應該是交織在一起, 然後形成了一個類似時空壇這麼一個東西,有質量的東西就會把周圍的時空給壓彎,形成自己的一個坑。 但如果是這樣,那麼空洞的空間中一定存在着我們看不見的物質,就好像我們把球扔進水裏,而水會填滿這個球周圍的空間。 如果這個球再以高速自轉,周圍的水也必然會和時空壇一樣,形成一個它特有的時空彎曲的結構,那麼在宇宙空間中是不是也有類似水一樣的東西? 雖然我們目前不知道這種東西究竟是什麼,但人類已經給它起了個神祕的名字——暗能量。 暗能量和引力之間起到相反的作用,引力在讓天體之間相互靠近的同時,暗能量起了反作用力,它排斥引力。 讓每個星系互相排斥,驅使宇宙的膨脹速度加快,這個解釋讓人類對於宇宙有了全新的認識。 之前我們講過一件事,就是廣義相對論提出的時候是預言宇宙處在膨脹狀態的,但愛因斯坦和當時的大衆都認爲宇宙是靜態的,所以愛因斯坦給自己的廣義相對論補充了一個宇宙常數方程。 這個方程讓廣義相對論滿足了宇宙是靜止狀態下的條件,但後來哈勃發現了宇宙是膨脹的,所以愛因斯坦非常後悔,自己搞了這麼一個多餘的公式。 但我們前面提到這三位科學家發現愛因斯坦的宇宙常數方程不一般,用在暗能量領域剛剛好。 因此他們得出了讓宇宙產生膨脹現象的能量爲1.38×10-123四方克每立方厘米。 一個非常非常小的數字,如果把它打在屏幕上是這樣的,雖然有了一個確切的數字,但想研究這麼小的微觀世界難度很大。 人類目前還沒有辦法解開這個謎團,但沒有關係,應該只是時間問題。 而想要在微觀世界中解開宏觀宇宙的祕密,我們就需要進入下一個理論。 2.弦理論 這個詞對於很多人來說應該比較陌生,當然也包括我自己。 首先,弦理論是什麼? 我們之前講過,物理學家們一直想要找一種理論,能融合愛因斯坦的廣義相對論和微觀下的量子力學。 而弦理論就是這個理論模型中有能夠實現的大一統理論,也就是量子引力理論。 而這也是愛因斯坦和牛頓一直想要找尋的宇宙真理,宇宙法則。 不過你肯定也知道,這個弦理論其實很好理解,任何物質都是由分子,原子,粒子組成。 如果你越往微小的世界探索,你會在這些粒子中找到別的東西,那就是一個小小的能量線,它就好像琴絃一樣,通過不同的振動會形成不同的音符。 同樣,這些基本的弦在通過不同模式的振動會形成不同種類的粒子,比如電子,夸克,中微子,光子等。 所有的粒子都是基於這個模型產生。 但目前,弦理論還處於理論階段,只能算上一個數學模型,並不能說是嚴謹的物理學。 而且,弦理論的研究還牽扯出了另外一個完全陌生的領域——其他維度空間。 我們都知道,通常的三維空間就是高度、寬度和深度三個方向,但弦理論認爲,在極小的尺度下還會有附加維度的出現。 但是因爲太小,我們如今的科技水平還探測不出。 如果很難理解,可以想象一下,其他維度的空間是被摺疊起來了,而被摺疊起來的維度會限制弦的振動。 在弦的世界裏,振動就是一切,即使這些空間被摺疊起來了,但依然還會影響空間結構。 而這些額外的形狀,如果我們能夠測量、計算出來,那麼我們就能夠計算出暗能量的總量。 但目前還是那個問題,我們不知道這些額外維度的形狀,只能通過數學模擬一些形狀。 但問題又來了,一開始的數據模型可能會很少,可以通過一個個去分析它們,記錄物理性質和數據。 但隨着時間的推移,這些額外維度的形狀遠比我們想象的要多,一個個去發現、觀察不切實際。 弦理論永遠不會做出確定的、可檢測的預測。 但從另外一個角度考慮,它們有沒有把我們帶到多外宇宙的可能性, 甚至說額外被壓縮的空間內是否是真實、平等的其他維度宇宙。 抱着這個問題,2019年諾貝爾物理學將得主的三位物理學家對於暗能量和暗物質的研究, 揭開了我們這個宇宙中暗藏的未知世界。 在我們這個世界或者是宇宙中,我們可見的、可檢測的物質只能佔到整個宇宙的5%, 而暗物質和暗能量卻要佔到這個宇宙空間的9.5%。 這種猜測被譽爲現代宇宙學的開端。 但儘管是這樣,詹姆斯·皮布爾斯也說了, 人類目前所有的一切都無法觀測暗能量和暗物質。 在這個基礎上,我們是否可以理解, 這些潛在的暗能量和暗物質並不屬於我們這個時空, 而是被壓縮在其他維度、屬於其他的空間呢? 但回過頭來,星系在被強大的暗能量推動時, 它們的運動屬於我們的這個宇宙空間, 那麼這些暗能量因此也應該屬於我們這個宇宙, 那麼暗能量究竟屬於怎樣的存在,我們不得而知。 不過,爲何科學家如此確信暗能量的存在? 記得關注我們,後面我們會專門做視頻進一步講解。 閒理論說到這裏,我相信大家已經一頭霧水了。 簡單來總結一下,閒理論是建立在極小物質下的理論模型, 我們人類目前所能觀測到最小的物質是粒子, 而閒的振動構成了這些人類目前所能觀測到的最小物質。 不過,對於閒理論模型目前還只是建立在理論基礎上, 想要看到這個振動線,現在還不可以。 閒理論目前最讓人難以理解的還是維度領域, 愛因斯坦曾把我們這個宇宙看作是三維空間加上一維時間, 即四維時空。 在1926年,德國數學家又在這個基礎上添加了一個空間維, 而這個額外的維度和閒理論中的其他維度 都被稱爲額外維度, 這些維度目前都已經被緊化, 怎麼理解呢? 時空本來是沒有尺度的, 我們也無法丈量時空, 但這些被緊化的時空被壓縮成了有限的週期性結構, 就比如圓, 無限空間尺度被摺疊成了有限的圓形結構, 那麼我們的這個四維時空是不是也被壓縮過? 這就到了我們今天要講的最後一部分, 三,宇宙大爆炸。 之前的視頻我們有聊過白洞這個東西, 曾經有科學家認爲, 我們這個宇宙是經過黑洞吸收物質, 然後白洞爆發噴射物質形成的, 但在閒理論中, 空間是可以被摺疊的, 而我們這個宇宙目前的維度可能是十一維, 而其中只有三維展開了, 外加一維的時間, 不管是白洞還是閒理論, 我們這個宇宙的起源, 目前最有說服力的就是大爆炸, 遙遠的138億年前, 大爆炸之後, 我們的宇宙形成了現在的四維時空, 爆炸產生的物質形成了天體, 生命, 但最讓科學家頭疼的是, 這個爆炸的能量是從哪來, 下面我們講一個新名詞, 爆炸宇宙學, 這個理論爲宇宙大爆炸解釋了一種特殊的燃料, 這種燃料會自然產生向外衝的力, 而這個燃料就是傳說中的量子廠, 什麼是量子廠, 關注我們, 以後你就知道了, 量子廠這種燃料非常高效, 它幾乎不可能用完, 所以就意味着, 大爆炸出現在我們這個宇宙中, 不是一次性的事件, 也就是說, 這個爆炸在產生我們這個宇宙的同時, 也可能會產生許多其他的東西, 有可能就是其他的宇宙, 那麼我們這個宇宙泡泡, 很可能和很多宇宙泡泡一起, 存在於一個更大的宇宙泡泡裏, 然後我們再回到弦理論這裏, 我們先來看這張圖片, 這些宇宙每一個都有額外的維度, 額外的維度也都有不同的形狀, 不同的形狀產生了不同的物理特徵, 我們發現我們在一個宇宙中, 而不是在另外一個宇宙中, 單單是因爲我們這個宇宙的物理特性, 就拿暗能量舉例, 暗能量的總量正好是我們人類的生存, 但如果我們這個宇宙存在, 那麼我們是否能確定其他宇宙的存在? 爆炸理論中推測, 宇宙大爆炸的瞬間把空間快速擴張, 把微小的量子從微觀世界拉伸到了通觀世界, 然後產生了一個獨特的畫面, 一個有熱有冷的宇宙指紋, 它叫宇宙微波背景輻射, 如果真的有一天, 我們的宇宙和其他宇宙相撞了, 有可能會在深空中產生微妙的溫度變化, 如果有一天, 我們人類探測到這樣奇特的照片, 那可能我們人類就發現了另外一個宇宙的存在, 那麼如今的物理學, 人類的所有觀念都會發生改變, 我們的宇宙不是靜態的, 而是膨脹的, 而且我們的宇宙之外還有宇宙, 但如果我們的宇宙一直處在膨脹狀態中, 而且一直沒和別的宇宙發生碰撞, 最後只會產生一種情況, 宇宙在加速過程中, 其外部星系被持續加速到超過光速, 那麼所有的星系將會慢慢遠離, 直到宇宙深空中一片死寂, 如果我們人類還能生存到那一天, 最後的結果一定是這樣, 未來人類已經發展到了一定程度的高科技文明, 但他們的世界也將只會有銀河系的存在, 因爲所有周圍的星系都已經以光速遠離, 他們能看到的宇宙空間也將會是一片黑暗, 即使我們如今的星系照片得以保存到那個時候, 但他們的科學家用最先進的設備都發現不了這些我們曾經保留的星空, 他們一定會認爲這些也都只是原始人類的美好想象而已。 我是一號, 等你, 探索宇宙。