开普勒开启的新篇章 , 让人类在天文上 , 不再是仅仅依靠肉眼 , 数学公式的推导又重新回到了文明当中 。 他的限制在于 , 一切推导依然是从肉眼观察中得来的 。
而到了牛顿的时代 , 他将物理提升到了一个新的阶段——开始研究肉眼根本无法直接看到的东西了 。
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《光年之外》 , (法)埃玛纽埃尔·博杜安、埃玛纽埃尔·德洛尔 著 , 刘存孝、刘思瑞 译 , 后浪丨北京联合出版公司2021年6月版 。
万有引力定律有多么重要呢 , 它绝对不是我们上学时做物理题 , 给小木块标注一个下箭头那么简单 。 万有引力定律是一个放在宇宙任何角落都可以适用的伟大发现 , 而且它给后来的物理学家提供了新的思路 , 因为引力不是均衡的 , 按照惯性理论 , 如果没有引力的牵扯 , 物体将会在直线上一直匀速运动下去 , 那么 , 在宇宙中推动着某些物体运动的又是什么呢?以及 , 物体之间的距离越远 , 所联系的引力就越少 , 那么这个空间的极端在哪里 , 引力作用中产生的波动又如何解释?
接下来 , 物理学的进度开始大幅度起飞 , 然而 , 也到了我们貌似明白、但其实并不怎么能理解的篇章了 。
03
推算取代观测
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如今 , 物理学家们对宇宙的探索变成了以下几个相关的主题——宇宙的起源、宇宙与时空的模型、暗物质、反物质等等 。 这些主题里几乎没有任何一个是可以在日常经验中观测到的(可以用特殊手段保存下来的反物质或许勉强算是一种) , 承载它们的是物理学家们的公式 , 推理 , 以及大量普通人根本难以理解的理论知识 。 现代科学与往日科学研究之间最大的区别在于 , 现代科学很多时候需要人类首先提出一个总结性的定律模型 , 然后在矛盾的现实中不断完善 , 如果一个理论被提出后 , 后续的观测能在其中得到解释 , 那么这个理论就会在物理学界得以公认 。 宇宙暴胀理论正是这样一种类型 。
暴胀理论是目前被普遍接受的关于宇宙大爆炸的说法 , 很明显 , 对于宇宙是怎么形成的 , 我们不可能有任何观察与实验的机会 , 目前 , 它只能通过宇宙微波观测的数据得以不断证实 。 暴胀理论很难通俗形象地转述出来 , 我们只能举一个粗糙的譬喻 。 我们可以在脑中想象一下雪崩 。 在静谧的雪山中 , 突然 , 一个局部的积雪结构发生了变化 , 于是积雪突然坍塌 , 覆盖面积大范围扩张 , 这大概就是暴胀理论的情境——不过宇宙发生这一切只用了千亿分之一秒 。 那个局部发生改变导致雪崩的地方 , 我们可以将之理解为奇点 。 然后 , 不同的雪花相互碰撞 , 类似于粒子间的撞击 , 在这个过程中产生了不少飞迸而出的雪球——即新诞生的粒子 。 目前 , 欧洲的强子对撞机正在实验室中模拟宇宙大爆炸的这个情境 。 不过让人沮丧的是 , 强子对撞机模拟运行了这么多年 , 目前还没有对撞诞生出哪怕一个新的粒子 。
这就是暴胀理论遭遇的挑战 。 它尽管被普遍接受 , 但在很多最原始的问题上存在着极大的漏洞 。 首先 , 根据爱因斯坦的广义相对论 , 密度和质量是不可能存在无穷大这种说法的 , 它们肯定有一个限度 。 然而暴胀理论模型中的奇点 , 必然要是一个密度与质量无穷大的中心 , 否则不足以支撑宇宙的急速膨胀 。 另外 , 如果暴胀理论是现实的话 , 那粒子们肯定会留下历史痕迹 。 目前科学家们正在探测的 , 一个是引力波 , 一个是宇宙微波 。 宇宙微波与温度相关 , 通过观测到的宇宙不同部分的温度差异 , 来佐证暴胀理论的正确性 。 但更重要的是引力波 。 2013年 , 人类曾一度宣称探测到了引力波的存在 , 但在几年后证实不过是宇宙尘埃造成的观测干扰 。
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