世界7大未解之谜! 看看你都知道几个?

潘多拉魔盒

在1900年,英国物理学家Lord Kelvin说:“现在物理学上已经不会再有什么新发现了。剩下的就是越来越精确的测量。”然而在三十年内,量子力学和爱因斯坦的相对论使这个领域发生了革命性的变化。今天,没有一个物理学家敢断言我们对宇宙的物理知识接近完成。相反,每一个新发现似乎都打开了一个更大、更深入的物理问题的潘多拉魔盒。这下便是经过我们整理的目前物理学最亟待解决的谜题。

读完本文后,你将会了解什么是平行宇宙,为何时间似乎只朝一个方向移动,以及为什么我们不能够理解这些混沌。

什么是暗能量?

不论天体物理学家怎么拼凑数字,我们的宇宙看起来仍然是怪怪的。即使万有引力在不断的向内压缩时空网——宇宙的“纺织品”——宇宙仍然在向外越来越快的膨胀。考虑到这一点,天体物理学家们提出:存在一种看不见的能量,这种能量抵消了万有引力并使宇宙不断扩张。他们称之为暗能量。在最普遍接受的暗能量模型中,它是一个“宇宙常数”:空间本身的固有属性,它具有“负压力”,将空间分隔开来。随着空间的扩大,更多的空间被创造出来,随之而产生更多的黑暗能量。根据观察到的膨胀率,科学家们知道,所有暗能量的总和必须占宇宙总含量的70%以上。虽然暗能量普遍存在于宇宙中,但没有人知道如何寻找它。

什么是暗物质?

显然,宇宙中大约84%的物质不吸收或发射光。这也就是这些物质被称为“暗物质”的原因。暗物质不能直接被看见,目前也没有间接探测它们的方法。与一般物质不同,暗物质的存在和性质是从它对可见物质的引力效应,辐射和宇宙的结构推断出来的。最近的一项研究表明,暗物质可能在整个宇宙中形成长而细的“流”,同时这些“流”可能像毛发一样从地球向外散发。

时间为何只有一个方向?

时间向前流逝是因为宇宙有一种属性叫做“熵”,熵大致定义为宇宙无序的程度。熵只能增加,没有办法去逆转熵变化的趋势。熵的增加实际上是一个逻辑问题:粒子排列的无序性比有序性的要多的多,所以随着事物的变化,它们往往陷入混乱。但这里的根本问题是,为什么过去的熵如此之低?换句话说,为什么宇宙在开始的时候是如此有序,当大量的能量挤在一个狭小的空间中时?

平行宇宙存在吗?

天体物理学数据表明时空可能是“平的”,而不是弯曲的,因此它永远存在下去。如果是这样,那么我们可以看到的区域(我们认为的“宇宙”)是一个无限大的“绗缝多元宇宙”的一小部分。换句中国古话说,就是沧海一粟。同时,量子力学定律规定,每一个宇宙部分中拥有近似无限的可能粒子构型(10^10^122个不同的可能性,“^”表示次方)。因此,在无限数量的宇宙中,宇宙内部的粒子被无限次地重复排序。这意味着有无穷多个平行宇宙:多个宇宙中可能同时存在完全一样的我们(包括和你一模一样、完全一致的人),而不同的只是我们的位置。

为什么物质比反物质更多?

物质比反物质存在数量多得多的问题,实际上换种说法就是,为何我们的世界能够存在。其中一个假说就是:宇宙对称地处理物质和反物质,因此,在大爆炸的那一刻,等量的物质和反物质同时被产生。但如果那真的发生了,就会有海量的粒子进行湮灭反应:质子与反质子湮灭后消失,电子与反电子湮灭后消失,等等以此类推,宇宙会变成正反粒子对湮灭反应的炼丹炉。也就是说,我们熟知的世界将不可能存在。对此,现在科学界并没有公认的、合理的解释。

宇宙的最终命运是什么?

宇宙的命运取决于一个因素:Ω,它是一个未知值,意思是整个宇宙的物质和能量密度。如果Ω大于1,然后时空会“封闭”,就像一个巨大的球体表面。如果没有暗能量,这样的宇宙最终会停止膨胀,而开始收缩,最终在一个叫做“大坍塌”的事件中崩溃。如果宇宙是封闭的,但存在暗能量,那么球状宇宙将永远膨胀下去。

另外,如果Ω小于1,那么空间的几何形状是“开放的”,就像一个马鞍面。在这种情况下,它的最终命运先是“大冻结”,紧接着是“大撕裂”:首先,宇宙向外加速会撕裂星系和恒星,使所有物质变得寒冷和孤立。其次,加速度会变得如此强大,它将超过原子聚集在一起的力,一切都会被撕裂。

如果Ω=1,宇宙会是平的,就像在所有方向无限延伸的平面。如果没有暗能量,这样的宇宙将永远膨胀下去,但加速度不断减小,直到接近停滞状态。如果有暗能量,平坦的宇宙最终会经历失控的膨胀,导致大撕裂。不管将上演什么样的剧情,我们的宇宙都正在走向死亡。

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