行走天下

阅读142:宇宙的知识

研究宇宙的工具是“光”


太阳发出的光,要经过8min到达地球。

哈勃望远镜观测到的目标中最远的是距地球130亿光年的原始星系,这些星系的发出光芒来自大爆炸后刚刚形成的宇宙早期。(追光仪器)

宇宙时空之旅第一集

光是一种肉眼可以看见(接受)的电磁波(可见光谱)。

在科学上的定义,光有时候是指所有的电磁波。光是由一种称为光子的基本粒子组成。具有粒子性与波动性,或称为波粒二象性。

光速:

光,出现的一刹那从零加速到光速。299792.458 km/s

真空中的光速是目前所发现的自然界物体运动的最大速度。

只有静止质量为零的光子,才始终以光速运动着。

当物体的速度接近光速时,它的质量将趋于无穷大,所以有质量的物体达到光速是不可能的。

光速与任何速度叠加,得到的仍然是光速。速度的合成不遵从经典力学的法则,而遵从相对论的速度合成法则。

光速取代了保存在巴黎国际计量局的铂制米原器被选作定义“米”的标准,米被定义为(1/299,792,458)s内光通过的路程,光速用c来表示。

光源:

第一类是热效应产生的光。太阳光就是很好的例子,此外蜡烛等物品也都一样,此类光随着温度的变化会改变颜色。

第二类是原子跃迁发光。荧光灯灯管内壁涂抹的荧光物质被电磁波能量激发而产生光。此外霓虹灯的原理也是一样。原子发光具有独自的特征谱线。科学家经常利用这个原理鉴别元素种类。

第三类是物质内部带电粒子加速运动时所产生的光。譬如,同步加速器(synchrotron)工作时发出的同步辐射光,同时携带有强大的能量。另外,原子炉(核反应堆)发出的淡蓝色微光(切伦科夫辐射)也属于这种。

认识光的历史人物

光,经过哪些天才的观察和思考,才成为上面的知识?

墨子,(约前468-前376年),《墨经》光学八条。光学成像。

伊本·海塞姆,(Ibn al-Haytham,公元965—1040?),阿拉伯物理学家、天文学家、数学家.生于现伊拉克的巴士拉(Basra)。《光学》

约瑟夫·冯·夫琅和费,(Joseph von Fraunhofer,1787-1826),1814年,他发明了分光仪,在太阳光的光谱中,他发现了574条黑线,这些线被称作夫琅和费线。现在人们已经发现了一万多条。他发表了平行光通过单缝衍射的研究结果(后人称其为夫琅和费衍射),做了光谱分辨率的实验,第一个定量地研究了衍射光栅,用其测量了光的波长,以后又给出了光栅方程。科学家加工匠。
黑线,天文物理学诞生,包含了所有元素的密码。颜色,是人类的眼睛感受能量和波长差异的方式。红色低能量波长长。可见光之外的很多光,揭示了不同的世界。正是通过光,了解了宇宙的物质,还有不可见的暗物质世界。光,是信息传播的工具。
进化和眼睛
三万年前没有狗,有狼,一部分狼分支与人类和睦相处,大约1万五千年,进化或驯化为狗。人类由此开始改变自然的进化进程,把野草变成小米和玉米。达尔文1859年提出另一种选择:自然选择。即适应环境的基因突变,找对了路,继续发展。不适应的被逐渐淘汰。


宇宙说克罗狄斯·托勒密,约90年-168年,又译托勒玫或多禄某,相传他生于埃及的一个希腊化城市赫勒热斯蒂克。古希腊天文学家、地理学家、占星学家和光学家。地心说。不是亚历山大的那个大将建立的托勒密王朝。尼古拉·哥白尼,1473年2月19日-1543年5月24日,是文艺复兴时期的波兰天文学家、数学家、教会法博士、神父。

伽利略·伽利雷,1564年2.15-1642年1月8日,意大利数学家、物理学家、天文学家,科学革命的先驱。他以系统的实验和观察推翻了纯属思辨传统的自然观,开创了以实验事实为根据并具有严密逻辑体系的近代科学。因此被誉为“近代力学之父”、“现代科学之父”。其工作为牛顿的理论体系的建立奠定了基础。

艾萨克·牛顿,1643年1月4日-1727年3月31日。

阿尔伯特·爱因斯坦,(1879.3.14-1955.4.18)犹太裔物理学家。空间可以伸长这一事实看上去似乎离奇古怪,不过这却是1915年爱因斯坦广义相对论发表以来科学家们早就熟知的概念。广义相对论认为,引力实际上是空间(严格地说是时空)弯曲或变形的一种表现。从某种意义上来说空间是有弹性的,可以按某种方式弯曲或伸长,具体情况取决于物质的排列。这个思想已为观测所充分证实。1905年,爱因斯坦把量子概念引进光的传播过程,提出“光量子”(光子)的概念,并提出光同时具有波动和粒子的性质,即光的“波粒二象性”。

史蒂芬·威廉·霍金(Stephen William Hawking,1942年1月8日),ALS患者,英国著名物理学家和宇宙学家。


大爆炸宇宙论(big bang cosmology)


宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化,如同一次规模巨大的爆炸。该理论的创始人之一是伽莫夫。他认为:我们所观测到的宇宙始于150亿年以前的一次大爆炸。爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们现在所看到的宇宙。

理论提出:

1932年勒梅特(比利时神父、宇宙学家)首次提出现代宇宙大爆炸理论,1946年美国物理学家伽莫夫正式提出大爆炸理论。

实验证据:

望远镜观察

最直接的证据来自对遥远星系光线特征的研究。20年代,天文学家埃德温·哈勃(Edwin Hubble)研究了维斯托·斯里弗(Vesto Slipher)所作的观测。他注意到,远星系的颜色比近星系的要稍红些。哈勃仔细测量了这种红化,并作了一张图。他发现,这种红化是系统性的,星系离我们越远,它就显得越红。

微波辐射

1964年,美国贝尔电话公司年轻的工程师-彭齐亚斯和威尔逊,在调试他们那巨大的喇叭形天线时,出乎意料地接收到一种无线电干扰噪声,各个方向上信号的强度都一样,而且历时数月而无变化。宇宙微波背景辐射的发现,为观测宇宙开辟了一个新领域,也为各种宇宙模型提供了一个新的观测约束,它因此被列为20世纪60年代天文学四大发现之一。彭齐亚斯和威尔逊于1978年获得了诺贝尔物理学奖。瑞典科学院在颁奖决定中指出:这一发现,使我们能够获得很久以前宇宙创生时期所发生的宇宙过程的信息。

上天然后如地去,大宇宙小也宇宙

量子:

在物理学中常用到量子的概念,指一个不可分割的基本个体。那就是最小的了。所有的有形物质是“可量子化的”。“量子化”指其物理量的数值是特定的,而不是任意值。

量子一词来自拉丁语quantum,意为“有多少”,代表“相当数量的某物质”。

普朗克提出:像原子作为一切物质的构成单位一样,“能量子”(量子)是能量的最小单位,原子吸收或发射能量是一份一份地进行的。

爱因斯坦把量子概念引进光的传播过程,提出“光量子”(光子)的概念,并提出光同时具有波动和粒子的性质,即光 的“波粒二象性”。

弦:

弦论的一个基本观点是,自然界的基本单元不是电子、光子、中微子和夸克之类的点状粒子,而是很小很小的线状的“弦”(包括有端点的“开弦”和圈状的“闭弦”或闭合弦)。弦的不同振动和运动就产生出各种不同的基本粒子,能量与物质是可以转化的,故弦理论并非证明物质不存在。

弦理论(以及它的升级版超弦理论)认为所有的亚原子粒子都并非是小点,而是类似于橡皮筋的弦[1]  。与粒子类型的唯一区别在于弦振动的频率差异[1]  。弦理论主要试图解决表面上的不兼容的两个主要物理学理论——量子力学和广义相对论——并欲创造的描述整个宇宙的“万物理论”[1]  。

电影《万物理论》。


平行世界


加州大学圣芭芭拉分校的量子物理学家将一个人类头发丝宽度的微型“划桨”放入到一个真空罐中,随后他们拨动“划桨”,它同时出现了振动和静止两种量子状态(quantum state)。从本质上说,那就意味着物体可以同时存在两种状态(或者说存在两个宇宙)。

平行宇宙是指从某个宇宙中分离出来,与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。在这些宇宙中,也有和我们的宇宙以相同的条件诞生的宇宙,还有可能存在着和人类居住的星球相同的、或是具有相同历史的行星,也可能存在着跟人类完全相同的人。同时,在这些不同的宇宙里,事物的发展会有不同的结果:在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化,生生不息。有学者描述平行宇宙时用了这样的比喻,它们可能处于同一空间体系,但时间体系不同,就好像同在一条铁路线上疾驰的先后两列火车;它们有可能处于同一时间体系,但空间体系不同,就好像同时行驶在立交桥上下两层通道中的小汽车。

平行宇宙的概念,并不是因为时间旅行悖论提出来的,它是来自量子力学,

因为量子力学有一个不确定性,就是量子的不确定性。



美剧《危机边缘》(图右),说了很多平行世界的事儿。看过某一期的《最强大脑》用了片头的背景音乐。

 


宇宙学,太多的东西和佛学或《道德经》的见解有关联。顿悟的?实验的?顿悟的只是少数人相信,实验的,变成可以重复的能够看见的,大多数人相信了。



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