搜索历史
热门搜索
电影
00:00/00:00
下载地址
https://www.xzmp3.com/down/8a8d0e9af2bb.mp3
点击复制
本字幕由酷狗AI语音识别技术生成
欢迎收听
科学
有
故事
比科学故事更重要的
是科学精神
大家好
这次
让大家等的时间有点长了
我们今天继续为大家播讲
仰望星空
天文学史化
在上一期节目中
我给大家介绍了
如何利用观测超清新
来得到星系坐标点的时间坐标
这个呢
可以作为横坐标
但是要完成宇宙膨胀数率的这个曲线图
还需要一个重坐标
这个重坐标
就是
宇宙膨胀的数率值
那么如何才能得到这个数值呢
霍解这个问题的关键
就在于
光
的颜色
前面我们在膨胀中的宇宙那一节中
曾经提到过星系的红夷现象
这里呢我要再次提一下红仪
因为宇宙是在不断地膨胀
所以呢
穿行在宇宙中的光的波长
也会被不断地拉长
拉到月长
就会变得越红
因为我们已经知道了
AA型超新星爆发的精确物理过程
所以我们就能算出
这种超新星所发出的光的原始波长是多少
那么用这个原始波床
与实际测得的波长一比较
我们就可以算出
光波被拉长了百分之多少
你把宇宙想象成一块有弹性的布
光呢就是穿在这一根张
布上的丝线那么丝线被拉长了百分之多少
其实就代表了宇宙
膨胀了百分之多少
换句话说
如果我们测得一颗超新星的光波
被拉长了百分之十
那么现在的宇宙
就要比这束光
刚发出的时刻
大
百分之十
这种数据
积累的越多
就越能精确地测算出
宇宙膨胀的数率
那么在真实的观测中呢
两个团队
采用的方法都是先用大视野的这个广角望远镜
同时监测数以千计的星系
基本上每天晚上都能定位到几十颗这种耶星超新星的爆发
然后他们在换用更传统的望远镜
仔细测定
弘夷的大小
这个工作其实做起来是相当的枯燥的
而且需要超高的耐心和细心
才能完成
这两个研究团队并没有任何的交流
这是为了保持
各自数据的客观独立性那么随着这两个独立研究团队的工作推进
这两个团队
都变得越
来越惊讶
还记得吗
我们最初研究的初衷
是为了测量宇宙膨胀的减
速度
可是
观测数据积累得越多
他们的嘴
也就张
得越大
因为
宇宙
似乎与他们预想的膨胀模式
完
全是
被道而驰的
经过四年多的盛重的观测
复查
再次复查后
施密特领导的高鸿仪超新星搜索队
与一九九八年
率先公布了他们的研究结果
这个研究结果就是一张让全世界天文学家大跌眼镜的
宇宙膨胀数率
随时间变化的曲线图
那么这根曲线图就显示出
宇宙在大爆炸后的前七十亿年
膨胀数率
确实如预期的那样
一直在逐渐
减慢
但是
就在大约七十亿年前的某个时刻
不可思议的大事件就发生了
曲线
在即将变平的时候
突然
开始上翘
就好像有人开着车
从刹车
突然改为了彩油门一般
这根曲线
一直上翘到今天
宇宙的膨胀数率
不仅没有减速度
反而
有加速度
大家可以看一下本期节目的封面
我把这张宇宙膨胀的数率图
就放在了本期封面中
一年后
也就是一九九九年
波尔木特的超新星宇宙学计划团队
也公布了他们的研究成果
在完全独立工作的情况下
他们的研究结论
与施密特团队的结论
居然惊人的一致
就这样
五十多位全世界最优秀的天文学家
用了四
年多的时间
向全世界宣布了一个不可思议的消息
我们的宇宙正在
加速膨胀
在科学上
有一个全世界都认同的原则
那就是特别惊人的观点需要特别惊人的证据
宇宙加速膨胀这个观点
足以惊动全世界
因此呢
尽管两个团队公布了所有的观测数据
和他们的研究方法
但要让全世界的科学家接受
依然还是不够的
在这之后
世界各地的天文学家又进行了大量的独立观测
验证
包括扣把
W布利
P
和普朗克卫星
都对这个结论做了不同程度的观测验证
那么到了今天为止
宇宙加速膨胀
已经成为了一个
经受住严苛检验的事实
而被科学共同体所接受下来
二零一一年的诺贝尔物理学奖
就颁给了施密特和普尔木特
以表彰他们这次的重大发现
那么这个事情
马上就带来了一个巨
大的困惑
就好比你如果向上抛起一个球
这个球不但不减速
反而加速上升
那么你必然会断言
一定有什么东西
在推动它
飞离地球
逃脱
地心引力
而爱因斯坦提出的那个为了抵消宇宙膨胀
而引路的宇宙学长驻
正是在理论上
能够产生赤力
对抗万有引力的东西
就这样
宇宙学长述
又重新成为了万众瞩目的焦点
这个情况
如果爱因斯坦地下有知的话
我不知道它又该怎么想
为了让宇宙学长数的概念更溢于理解
芝加哥大学的宇宙学家物理学家
迈克尔特纳教授
发明了一个词
暗能量
达
艾的景
这个词
一下子就流行开来了
确实呢它这个词很生动形象
而且还带着一种神秘感
这就好像
有一种未知的暗在推动着我们的宇宙
加速膨胀
人类现在对暗能量的了解
少的可怜
但也不是完全的一无所知
根据已经观测到的事实
科学节目前对暗能量的推测是这样的
它是由空间本身
产生的一种排斥性引力
而且均匀地弥散在
所有的空间中
这个排斥性引类非常非常地小
到底有多小呢
根据智能方程
我们可以将能量
转换为
等效的质量来理解
那么超新星观测数据
要求宇宙学长数
小于
十的二十九次方克每立方厘米
也就是一万亿亿亿克
分之一美立方厘米
这个数字呢实在是太小了我估计你没有概念
那么我就打一个比方
这就好像在一个地球那么大小的空间中
含有一低
宇低的质量
在宇宙刚刚诞生的前七十亿年内
质与物质还靠得比较近
因此
暗能量产生的推动率
小于万有引力所产生的吸引力
但随着宇宙的膨胀
宇宙的密度变得越来越小
最终
使得暗能量
占了上风
我想请你记住一点
暗能量与万有引力
刚好相反
物质之间的空间越大
暗能量
反而越强
因为宇宙学长数不会被吸施
它是空间的一种固有属性
相同单位大小的空间
都具有
相同大小的
外推力
这也是爱因斯坦的广义相对论方程所决定的
因此呢
两个天体之间的距离
越远
宇宙膨胀
将它们推开的作用力
也就越强
大约在七十亿年前
暗能量在与万有引力的对抗中
取得了胜利
从那个时候开始
宇宙的膨胀速度
就开始加速了
就像那张途中的曲
所显示的那样
这个暗能量
到底是怎么产生的呢
有一些科学家就认为
暗能量就是空间的一种固有属性
或者说是广义相对论方程中的数学需要
这就好像光速不变一样
是宇宙的一个基本功理
那么既然是公理
就无需问为什么
也不需要证明
但这种解释让另一部分科学家很不满意
因为人类
有一种打破砂锅问到底的本能
凡胜呢
都希望能找到一个原因
另一些科学家
试图通过量子理论在微观上找到解释暗能量产生的原理
就诞生了很多很多的模型
但基本上
也都是各执一词
理论对理论
很难找到证据
有一个经常在网上讲物理科普的中科院研究员叫李淼
蛮出名的
他就曾经开玩笑说
有多少暗能量专家
就会有多少暗能量模型这确实是目前理论界的现状
这都是因为暗能量实在是太微弱了
我们还不具备在实验室中直接观测的能力
现在唯一的研究手段
就只能通过对超新星的观测
来从宏观上
研究暗能量
但有一点
是可以肯定的
暗能量是当今物理界和天文学界
最令人着迷的两大谜题之一
也是最前沿的科学问题
一九七九年诺贝尔物理学奖得主斯蒂芬温博格曾经说过
如果不解决暗能量这个路障
我们就无法全面理解
基础物理学
还有一个著名的华裔物理学家
一九五七年诺贝尔物理学奖的得祖
李正道
也断言
暗能量
将是二十一世纪物理学面临的最大挑战
暗能量的发现
让我们产生了一个很焦虑的问题
宇宙会一直这么膨胀下去
永远停不下而且河外星系
相对于我们的退行速度
只会变得越来越大
如果按照这个趋势发展下去
那么几千亿年以后
银河系附近的所有星系
相对于我们的退行速度
就都会大于光速了
换句话说
它们发出的光
永远也到不了银河系
它们都会退出我们的宇宙世界
进入一个我们从理论上
永远也看不到的区域
想象一下
几千亿年以后的智慧文明
再来观察我们的宇宙
它们会得出孤岛宇宙的结论
整个宇宙
就只有银河系
这一个孤零零的岛屿
除此之外
就是无边无际的黑暗
这个结论
实在是令人感到非常的不安
虽然我连一百年都活不到
但是我依然对宇宙的命运感到很难受
其实
与我有一样想法的这个科学家
也很多
就是试找到宇宙不会一直膨胀下去
避免这个大撕裂命运的证据
和理论模型
当然
大多数人可能会觉得这些宇宙学家还真是无聊
几千亿年以后的宇宙关我们屁事
有啥好研究的
但我想说的是
好奇心
驱动着人类文明的发展
正是这种纯粹为了好奇而好奇的研究
才让我对人类这种伟大的智慧物种
充满自豪感
从另一个方面来说
我们人类
也是极为幸运的
我们生活在一个能够看到几千亿个和外星系的宇宙中
在太空望远镜中的宇宙
是一个
千姿百态的宇宙
用一点诗意的语言来描写的话
我们生活在一个百花绽放的年代
在所有的花儿枯萎之前
让我们尽情享受
花儿的
千娇百媚吧
好了
在你有了这个暗物质和暗能量的基本概念后呢
可以来谈谈宇宙的形状
以及宇宙
到底是有限
还是无限这个问题了
当然
我们这里所指的宇宙
是现在的宇宙
而不是早期的宇宙
根据宇宙大爆炸理论
宇宙
是开始于一个点
在宇宙的最早期
那当然是有限的
我还给你打过一个恐怖的这个循环空间的比方
还记得吗
现在我比要谈的是
经过了一百三十七亿年膨胀之后的宇宙
到底
又是一个什么样的形状呢
如果你听过我时间的形状的个专辑的话
你就会明白
时间和空间
都是可以被弯曲的
是可以有特定的形状的
当然了
也一定会有不少读者不能理解空间弯曲的概念
所以
我还得先简单的普及一些关于空间形状的基础知识
我们先从一个平面开始
你在一张平坦的纸上
画出两根
互相平行的线
那么它们永远也不会相交
你也可以在这张纸上画一个三角形
那么三角形的内角河就一定是一百八十度
可是如果你在地球
上
我们看似两根互相平行的经线
最终
其实会相交于
南北两个极点
在一个球面上如果你画一个三角形
那么这个三角形的内角河
其实是
大于一百八十度的
正是这些
几
何属性上的差异
让我们能够理解
什么是一张完全平坦的纸面
和一张弯曲的纸面
现在我们把这个理解在往前走一步
如果我们在宇宙空间中的两根平行线
也会最终相交
如果在宇宙中的一个三角形的内角河不是一百八十度
那么我们就会发现
原来空间
也是有形状的
用专业一点的数语来讲呢
这就是
空间的曲率
如果空间的曲率为正
那么空间
就会好像是一个篮球的形状
三角形的内和
大于一百八十度
如果空间的曲率为负
那么空间
就好像是一个满鞍形的形状
三角形的内角河
小于一百八十度
如果空间的曲率为零的话
那么空间就是完全平坦的
因此
空间的曲率
决定了我们今天宇宙的形状
早期的宇宙空间曲率
显然是正的
空间被弯曲成闭合的曲面
现在假设
我们今天的宇宙空间的曲率
依然是正的
那么我们就有可能会观测到这样的一个景象
那就是
我们可能会看到某一个星系或者恒星的多重镜像
这是因为该星系或者恒星发出的光
绕着宇宙跑了不止一圈
每跑一圈
我们就会看到一个完整的镜像
天文学家其实这几十年以来一直都在寻找这样子的多重镜像
但是我们迄今为止
并没有找到
当然了
足以证明
宇宙就不是有限的
但至少能说明一点
即便宇宙是有限的
它也一定非常非常地大
所以光呢还来不及绕着宇宙的跑道上
跑上一圈
在研究宇宙的形状这个问题上
有两种解决思路
第一种是根据爱因斯坦的广义相对论方程
可以将空间的曲率问题
转换成
宇宙空间中的智能密度问题
也就是宇宙中所有物质和能量的平均密度
如果智能的这个值
超过一个临界值
那么引力
就会导致空间朝着自己弯曲
形成闭合的球形
空间的曲率就为正
如果智能不够多
那么空间
就会弯曲智如
形成马鞍面这样子的形状
空间的曲率呢就为负
但如果智能的密度不多不少
刚刚好的话
那么空间就是绝对平坦的
曲率为零
理论计算的结经过表明
这个临界值大约是二乘十的负二十九克
每立方厘米
大概就相当于每立方米存在六个氢原子这样的一种密度
换句话说呢
就是如果把地球太阳月亮以及所有的天体都给打碎了
把它们所包含的所有的原子
都平均分布在
宇宙空间中
看看
每立方米能分到多少个原子
最开始的时候
科学家们简单的一计算
就发现
物质的这个量
远远小于临界值
现在的宇宙已经膨胀得太
大了物质的平均密度小的可怜
所产生的那点而引力
远不能把宇宙
重新弯曲成闭合的曲面
空间的曲率只能是负的
但是正如我们前面所讲到的
先是
发现了暗物质
后来
又发现了暗能量
这个情况就大大不同了
因为这事关宇宙形状的根本大问题
所以几十年来天文学家
一直都在精心地测量
目前虽然还没有一个非常非常确定的结论
但是一颗接一科的卫星和太空望远镜上天
把我们对宇宙平均智能密度的测量精度
推向了一个又一个新的高度
这让科学家们越来越确信
宇宙的曲率呢
不多不少
恰好
就是零
这实在就有点像针尖上的舞蹈
精巧的实在是让人感到目眩神迷
除了测量智能密度这个思路来研究宇宙的形状
还有一个思路就更直接了
那就是直接测量宇宙中一个巨大的三角形的内角河
看看内角核到底是不是一百八十度
方法
很粗暴简单
就是找三颗相距很远的恒星
然后假想它们之间连起了一个巨大的三角形
通过一些简单的几何换算
来间接测量这个巨大三角形的内角度数
从而确定
三角形的内角河
尽管
所有的观测
都还无法确定
宇宙空间的曲率
到底是三种情况的哪一种
但从我掌握的最新的资料来看
目前大多数天文学家和宇宙学家
都更倾向于空间曲率是零
或者负
而不是正
近年来越来越多的科学家又更倾向于
宇宙空间的曲率
刚刚好
就是零
我们的宇宙
从大尺度的角度来看
是一个完全平坦的宇宙
但是
无论曲率是零还是负
都可以得出一个推论
宇宙是无限大的
换句话说
如果你朝着宇宙的一个方向一直前进
那么永远永远
也不可能再回到原点了
我们还可以用另外一种方式来理解这个无限大是什么概念
大家已经知道
光速是一切物质运动的速度上限
而我们在前面已经解释过
星系相对于我们的退行速度是可以超过光速的
那么无论我们怎么追
也不可能追上那些
退行速度超过光速的星系
我们永远也无法知道
到底有多少星系
已经退出了我们的
宇宙世界范围
但是请记住
哪怕宇宙的整体是无限的
宇宙的可观测部分
却是有限的
这就是可观宇宙的大小
有时候我们说起宇宙的大小往往指的是这个概念
因为宇宙一直在膨胀
所以当我们向太空深处极目远眺时
看到的最远的地方
其实要远远超过一百三十七亿光年
根据宇宙膨胀的速度我们可以计算出
我们朝一个方向看
最远可达的距离
是
四百六十五亿光年
这就是可观宇宙的半径
那么整个可观宇宙的直径大小
就是九百三十亿光年
我还可以用另外一个更加专业一点的方式来讲解什么是可观宇宙
我们假设
有一个光子
大爆炸的起点出发
在膨胀的宇宙中一直飞行了一百三十七亿年
这就好像
一个人在机场的自动人行步道上
走了一百三十七亿年
那么经过的距离总共是多少呢
根据已知的各种宇宙学参数可以计算出
这个距离
就是
九百三十亿光年
在宇宙学中
这个距离
也被称之为
今天宇宙的历史世界
世界这两个字就是那个视力的是
界限的界
这个世界
会随着宇宙年龄的增长
而不断增长
好了
科学有故事
本期
就为您讲到这里
下一期
我们就要开始探究
最后的问题
那个关于宇宙终极命运的问题
我是卓老板
我是吴晶婷
我是王杰
我们是科学声音
好了这次呢确实是让大家等的时间比较长了
我呢
今天还在深圳
也是好不容易挤出来的时间为大家做的这一期节目
不知道大家有没有关注科学有故事的微信同名公众号
前几天我就在这个公众号里头发了一个六十秒的语音
报告了一个很重大的消息
就是我们好像接收到一个有可能是来自外星闻明的
无线电信号
那么这个信号还
引起了
很多媒体的报道
网上的关注度也挺高的
我也第一时间给大家报道了这个事件
可是今天我看到各大新闻又开始报出来了首先是果科报出来的
说这个信号已经被证实
其实是来自地球人自己的信号
是一颗什么老旧的俄罗斯的军用卫星
反正
基本上已经肯定
那个不是外星人发过来的电报
我本来还兴致勃勃地说我要在微信公号里头给大家做追踪报道呢
现在看来呢又是一场闹剧
不过呢这种事情很正常
外星人的信号哪有这么容易找到啊
如果你喜欢我的节目的话呢我强烈建议你也关注一下我的微信公号
在那个里头呢我会冷不丁地就给大家发一个六十秒的语音出来
很随意
也很有现场感
另外给大家播报一下
我本月二十一号
在
西安出差
不知道我的听众当中呢有没有西安的朋友
如果有的话呢我们可以在二十二号的时候呢搞一个西安的听众见面会
你们看怎么样
如果有的话请留言给我
没有的话呢也就算了
不过多希望有一点美女听众
不过好像这是一个失望
好吧今天就讲到这里如果你喜欢我的节目的话呢请别忘了点一下订阅
如果你觉得我的节目对你有帮助的话呢也可以给我打赏
已知鼓励
好了今天就讲到这里谢一谢大家我们下
期
在
间