在我們習以為常的現實世界之下
是另一個令人驚嘆的世界
在這裏我們對於宇宙的大部分理解 都是錯的
物理學家兼暢銷書作家布萊恩·格林
帶你開始一段顛覆常識的旅程
為什麼我們從來沒有逆向地見證事情的發生?
根據物理定律 這完全有可能
隨著我們探索這宇宙的終極領域
這個世界將逐漸清晰
從黑洞到宇宙大爆炸
我們將會深入物質的本質
來杯他喝的
我們的宇宙也許只是無數互相平行的真實世界的一員
三維世界也許只是一個幻象
過去 現在和將來
其實並無界限
但是事情怎麼會這樣?
對於我們熟悉的事物 我們為何錯的如此離譜?
這讓我們很煩惱吧?
絕對的
自然法則無規律可循
理論物理學家們應該為此感到高興
因為這是一個全新的觀點
它開啟了一個具有無限可能的新世界
讓我們開始吧...
假如把一切物體都移走 會如何?
只剩下空無一物的空間
雖然看起來什麼都沒有
其實裏面暗藏玄機
空間是什麼?
這是物理學最深奧的難題之一
空間的難以捉摸的性質
是否決定了宇宙的命運?
"宇宙的構造" 盡在NOVA
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"宇宙的構造"主要基金來源
由國家科學基金會提供
並且
提供原始研究資料和易於公眾理解的
科學 技術 工程 數學的方面的支持
其餘資金由
喬治·D·史密斯基金提供
我們一般認為我們的世界充斥著各種物體
比如高樓大廈和私家車
公交車和人群
沒有任何的地方 能比擁擠的城市更加一覽無餘
比如紐約
然而這些組成我們世界的物體
重要卻不神秘
是空間容納了萬物
為了更好地理解我的話
讓我們暫停一下 然後設想
如果你把一切物體移走?
我是指所有的物體
人群...
...所有的汽車和建築物
不僅是地球上的物體
地球本身也被移走
如果把行星 恆星以及星系也全部移走 會怎樣呢?
不僅移走這些大傢伙
還包括那些最微小的氣體分子和粉塵
把他們都移走 會如何?
會剩下什麼？
我們一般會說"什麼也沒有"
我們是對的
但是奇怪的是 我們也是錯的
留下的是空無一物的空間
而且後來發現 空蕩蕩的空間不是什麼也沒有
空間本身就是一種事物
跟我們日常生活中的事物一樣
空間具有不易察覺的特性
事實上 空間如此的真實 你可以使它彎曲
也可以使它扭曲...
你還可以使它震盪
不可否認 這空蕩蕩的空間
幫助塑造了我們的這個世界
並且構成了宇宙的基本構造
你不可能理解世界上的任何事物
除非你領悟了空間的含義
因為空間就是世界 世界就是空間
世界是一個充斥著各種事物的空間
我們通常意識不到空間的存在
但話又說回來 像我經常說的那樣
魚兒也很可能意識不到水的存在
因為它們一直在水裏
空間並不是什麼都沒有
事實上空間裏另藏玄機
當我們描述空間的時候
我們通常會想起一個遙遠的地方 太空
但是空間無處不在
你可以說
空間充斥著整個宇宙
甚至最小的物體 比如原子
在我們周圍的這個世界
原子是組成萬物最基本的單位
即使是原子 其大部分也是由空無的空間組成
事實上 如果你取出
組成帝國大廈的所有水泥 玻璃 鋼鐵的
原子內的空間
剩下的將是一小塊
它的重量達數億英鎊
但尺寸只有一個米粒大小
大廈剩餘的尺寸只是空蕩蕩的空間
但是空間到底是什麼?
讓你看一張西班牙的照片...
拿破侖的照片...
我叔叔哈羅德的照片
然而空間看起來像這張
空無一物
你如何理解這些
看起來空無一物的東西?
為什麼會
有空間的存在？
為什麼空間必須是三維的?
空間為何如此巨大?
使我們擁有如此多的空間
為什麼它不是微小的?
嗯...
對於這些問題始終眾說紛紜
空間是什麼?
我們至今仍沒真正清楚
這是物理學最深奧的問題之一
幸運的是 我們並不是完全懵懂無知
幾個世紀以來 我們一直在孜孜不倦地探索
一些最初的先行者們
從思考物體在空間的運動方式入手
為了更好地理解這些 請看這位滑冰運動員
當她在冰面滑行的時候
她相對於身邊的一切物體都在運動
比如冰面
當她開始旋轉時
不僅其他人可以看到她在旋轉
她自己也能感覺到
因為當她旋轉的時候 她的胳膊向外甩出
但是現在我們假設
把她周圍的一切物體全部移走
近至她身邊的冰面
遠到最遙遠的星系
此時唯一留下的事物 是這個溜冰運動員
在空蕩蕩的空間裏旋轉
如果她依然覺得她的胳膊向外甩出
她仍然會明白她依然在旋轉
但是假如空虛的空間就是什麼也沒有
她的旋轉運動又是相對於何種事物?
設想你就是那個溜冰運動員
當你向四周望去 你看不到任何物體
只有黑乎乎的背景環繞著你
然而你的胳膊依然向外甩出
所以你會問自己
我在相對於什麼物體旋轉?
相對於一些我看不到的事物麼?
為了回答類似的問題
科學家們提出了一套關於空間的新穎而大膽的描述
問題的關鍵在於區分有和無的本質
當你來到劇院 觀看演員們的演出...
我必須坦白你是這個世界上我最愛的人
...美麗的場景，動人的故事
我真的愛你...
啊，上帝原諒我吧！
你有什麼錯 親愛的碧翠斯?
但是這裏有更重要的東西
你絕不會在海報上看到它們
它是我們容易忽略的 難以覺察的事物
這就是舞台
舞台對於演出至關重要
然而大多數人從來不會留意到舞台的作用
但是艾薩克·牛頓 他注意到了這一點
現代科學之父是這樣描述空間的:
空間就是一個空曠的舞台
在牛頓看來 空間是一個框架
宇宙中的一切都在這裏發生
萬物在這裏更替
並且牛頓的舞台是消極的
絕對而永恆 始終不變
演出並不能影響舞台
同樣舞台也不能影響演出
通過這樣描述空間
牛頓得以描述整個世界
這是前無古人的創舉
他的永恆不變的舞台理論使他理解
我們能夠看到的幾乎所有運動形式
這些靈活的法則可以預示一切
小到蘋果落地
大至地球繞太陽的運行軌道
至今我們依然沿用 這些屢試不爽的法則
為我們的行為提供指導
不管是發射衛星
或是為飛機導航
這些法則都建立在一個絕對的理念之上 空間是真實存在的
即使你看不到它 聞不到它 也無法觸摸它
但空間就是真實的 客觀存在的事物
它為事物的運動提供了一個基準
比如那個溜冰運動員
牛頓會說當她旋轉時 她的雙臂向外舒展
這是因為她在相對於某種事物轉動
而這種事物就是空間本身
蓋茨: 哲學家們對於空間的本質
已經爭論了很久
牛頓的創舉在於 他改變了爭論的前提條件
並且很好地利用了這一點
本質上講 現代科學由此誕生了
牛頓的舞台理論是一個偉大的創舉
200多年來 它一直備受矚目
但是在20世紀的上半葉
一種新的理念嶄露頭角
從根本上擊碎了牛頓的舞台理論
這種理論的創始人是
一個工作在瑞士郵政局的小職員
他的名字?
阿爾伯特·愛因斯坦
愛因斯坦成長於19世紀晚期
電氣革命始露端倪
電的力量照亮大都市
刺激了各項技術的發展
這是牛頓難以預見的
所有這些進步涉及到同一個事物
一個令年幼的愛因斯坦深深著迷的事物: 光
這裏並非是說電燈泡 或者路燈
而是光的終極本質
令愛因斯坦最迷戀的
是光的一個詭異的特性: 光速
正是這點讓愛因斯坦
顛覆了牛頓的空間學說
讓我們坐上車來看個明白
現在 我們以每小時20 裏的速度行進
為了跑得更快 司機要踩油門
然後車速就會加快
現在 你可以感覺到車速的變化 並且你也可以看到這種變化
不管是里程計還是雷達測速器
好 你可以停下了
假如現在我們像測量車速一樣
用一個雷達測速器
來測量車前燈發出的光的速度
結果顯示光的速度可以達到
每小時67100萬英里
現在 當汽車啟動的時候
你會理所當然地認為 光速也會增加
而增加量和車速相等
畢竟 你覺得跑著的出租車會給光
一個額外的速度
但是令人驚奇的是 這並沒有發生
我們的測速儀-- 以及任何光速的測量設備
探測到光始終以
每小時67100萬英里前進
跟汽車是否移動完全無關
但是為什麼會這樣?
為什麼所有的測量設備顯示
光速永遠不變
如果你向一面牆跑去 跟你站在牆邊不動相比
牆會以更快的速度向你靠近
但對於光來說情況完全不一樣
無論相對於何種事物 光速永遠不變
這真是太不尋常了
現在讓我們來看愛因斯坦
如何解決這個奇怪的謎題
速度是物體在空間中隨著時間移動的
度量單位
愛因斯坦想出了一個絕妙而大膽的解釋
即空間和時間可以協同工作
以保證光速的絕對恆定
所以不管你跑得多快
當你測量光速時 空間和時間相互協調
使光速總是保持在67100英里/小時
為了保證光的絕對性質
時間不是絕對不變的
空間也不是絕對不變的
並且空間和時間會以一種特殊的方式
相互影響 相互配合
如果空間和時間的可變性讓你很是不解
這只是因為我們的運動速度太慢了
不足以看到這種變化
但是如果汽車可以以接近光速的速度前進
這種變化便會顯現
舉個例子 如果你站在十字路口
當我以接近光速的速度經過你身旁時
你會發現空間在變化
我的這個出租車看起來只有幾英吋那麼長
同時你會發現我的手錶走的很慢
但是從我的角度看
我的手錶走的很正常
並且車裏的空間看起來和平常一樣
但是當我看車外時 我會發現空間明顯地變化著
所有的這些是為了保持光速的恆定
因此根據愛因斯坦的觀點
時間和空間不再是嚴格的和絕對的
相反 他們在運動中相互融合
形成了一個我們熟知的詞彙 時空
我覺得我們生活的這個世界
是牛頓所刻畫的時空
我們習慣了這個世界 習慣了牛頓力學下的思維方式
但是愛因斯坦成功地用理智的思維戰勝了理所當然的感覺
這正是愛因斯坦的高明之處
這種空間時間一體化的理論
給了我極大的啟示
它同樣震動了整個科學界
這在人類歷史上是第一次
出現這麼反人類直覺的理論
在愛因斯坦的手中
這種對空間的全新闡釋 將會解決一個深奧的難題
一個涉及宇宙中最基本的力的難題
引力
牛頓已經明白
引力使物體相互吸引
並且牛頓力學的相關理論已經
極其準確地求出這種力的強度
但是引力是如何作用於物體的?
為什麼相隔數十萬英里
月亮依然繞著地球轉?
人們會覺得月亮和地球
像是被一根看不見的繩子牽引著
但是每個人都知道那根線並不存在
牛頓力學無法解釋這個問題
愛因斯坦發現
牛頓力學對這個問題無能為力
他必須找出另一套理論來解釋它 首先
他要先理解重力是如何作用的
在被這個問題困擾了十幾年後
愛因斯坦得出了一個驚世駭俗的結論
重力的奧秘蘊藏在空間的本質之中
空間比他原來預想的更加具有可塑性
空間能夠像真實物體一樣伸縮
這是繼牛頓之後又一個驚世駭俗的突破
設想這個桌子就是一個時空
這些球就是空間中的物體
現在 若時空是平滑完美的
如同這個球桌的表面
物體將會直線運動
但如果空間是一個可以伸縮和彎曲的結構 情況又會如何?
也許你覺得這個想法有點怪異
但請看我把一個質量較大的物體
放置在這個可伸縮的時空上
現在我再擊一次球
球就會沿著由重物產生的
凹陷結構運動
愛因斯坦認為 這就是引力的真正原理
它是因為物體扭曲時空而造成的
換而言之 引力是時空的另一種表現形式
月球沿軌道運動不是
通過某種神秘的力量牽引
而是因為它沿著
地球產生的時空凹陷轉動
依據愛因斯坦的觀點 空間不再那麼實在 而是可變的
因此空間突然具有了自己的屬性
我們認識到空間可以彎曲
空間具有幾何一般的靈活性
就好像一張橡膠毯一樣
這為我們提供了一個
如何描述整個宇宙的新思路
愛因斯坦的高明之處就在於他的這些深刻的觀察和見解
在牛頓描述的被動的空間下
愛因斯坦卻用動態的眼光看待它
空間和時間相互交織 共同作用 支配著物體的運動
因此在愛因斯坦之後
空間再也不被人認為是一個靜止的空間了
它是個演員
在宇宙的這場大劇目裏面 它引領舞台
現在 空間是動態的 活動的 靈活的這一觀念
已經被大多數人接受
但這是真的嗎?
它是一種想當然的想法?
還是它真的準確地描述了空間的本質?
愛因斯坦的理論提供了一個方法來驗證
不過這需要出個遠門
我們要去黑洞的邊緣轉一圈
黑洞是瀕臨毀滅的恆星
它自身的物質在自身重力的作用下迅速地收縮 塌陷
黑洞周圍的引力極其強大
按照愛因斯坦的推算 一個不斷旋轉的黑洞
可以像拉扯一塊布一樣
明顯地撕扯它周圍的空間
離地球最近的黑洞有數萬億英里
這對驗證那個預言來說很有挑戰
但是在20世界50年代後期 一個名叫倫納德-希夫的物理學家
開始尋找一種
更加簡便的方法去檢驗愛因斯坦的理論
希夫受到一種通常被認為是玩具的東西的啟發
陀螺
他覺得如果空間真的可以被扭曲
陀螺或許能夠幫到他
這是個另類的想法
而他也選擇了一個另類的地方來分享這個想法
斯坦福大學的教職工游泳池
1959年 在這裏
希夫邂逅兩個大學同事 威廉姆·費爾班克和鮑勃·卡農
他激動地發現了他尋求已久的高精度陀螺儀
儘管它看起來很怪異
但這個陀螺儀和小孩子玩的陀螺在原理上相差無幾
當即
三人決定把類似的設備送上太空
使其繞地球運轉
通常情況下 陀螺儀的軸線指向固定的方向
但是如果地球使空間扭曲了
陀螺儀的軸線也會隨之變化
而陀螺儀軸線的偏轉角度是可以被測量的
這是一個簡單而巧妙的方法
但是存在一個問題
根據愛因斯坦的理論
地球對於空間的影響極其微小
測量陀螺儀的偏轉角度相當於
從62英里之外測量一個硬幣的直徑
研究小組花了兩年多時間試圖弄清楚
如何測量一個如此微小的數值
他們最終想出一個辦法
將四個獨立的陀螺儀裝載在一個衛星上
衛星的中軸指向一個恆星
如果空間發生扭曲，時間久了
陀螺儀將不再指向這顆恆星
由此他們就能捕捉到空間的扭曲
1962年 他們向美國國家航空航天局申請了一筆經費
這筆經費大概一百萬美元
該計劃被命名為 引力探測B計劃
研究小組的成員原本以為
這個計劃將在三年內完成
但事與願違
由於研究小組人員臃腫 引力測量B計劃
變成史上最漫長的馬拉松式研究計劃
為了實現最初的設想
他們花費了幾十年的時間
除了必須要將衛星送上太空
還要製造所需要的陀螺儀
而這些陀螺儀將是人類所製造過的最光滑的物體
這項工作真是一場噩夢
就像在驢子的面前 掛了一捆鮮嫩的胡蘿蔔
當做這些研究時
我們總覺得還有五年到十年就能完成
就這樣折騰了大概35年
在花費了四十多年的時間和75000萬美元的經費之後
這個計劃曾經九次差點被NASA撤掉
十 九 八 ...
最終 於2004年4月
這個團隊終於見證了這個期盼已久的時刻
火箭成功升空！
1959年坐在游泳池討論的三個人中
只有一位活著看到了這一幕
他們一定在天國注視著這一幕
這是我生命中最激動的時刻
這個研究是一場曲折驚險的經歷
此生無憾
一切的努力沒有白費
接下來的一年時間 引力探測B衛星圍繞地球飛行
研究小組密切地監控著衛星的一舉一動
試圖觀測到地球導致空間彎曲的證據
終於 數據開始發生緩慢的變化
然而出現了一個新的問題
陀螺儀正在緩慢地發生微小的錯位
很可能會導致這些價值數百萬美元的數據丟失
隨著研究資金日趨緊張
近半個世紀以來的艱苦工作
將要功虧一簣
然而 在這最後的緊要關頭
研究小組獲得了兩筆救命錢
小組創始人威廉·法本克的兒子
以私人名義向該項目捐款
還有阿普杜拉·阿齊茲 一位沙特阿拉伯皇室成員
曾獲斯坦福大學航空學學位
他為這個研究提供了很多便利
在接下來的兩年內
數據的難題被解決
數據顯示陀螺儀的偏轉角度
跟愛因斯坦理論預言的數值
幾乎分毫不差
我覺得這是人類第一次
用肉眼看到愛因斯坦理論的效果
愛因斯坦是對的
這次實驗有力地證明了
空間是一種客觀存在的事物
畢竟 如果空間並非客觀
那陀螺儀的方向就不會偏轉
但是在愛因斯坦
從宏觀層面探索太空的同時
另一群科學家在微觀尺度上
探索著這個宇宙
他們發現了另一個完全未知的世界
在愛因斯坦對空間的刻畫中
並沒有涉及到這個世界
為了讓你更好地理解我的話
設想一下你的身體可以從你現在的尺寸
縮小數億倍
你就可以進入原子和亞原子粒子的世界
他們是組成我們周圍所有物體的基本單位
當你縮小到這般尺寸
世界將會按著完全不同的法則運作
也就是量子力學
依據這些理論 即使你可以移走
每一個原子和粒子
你會發現空間仍然不是空無一物
事實上 它充斥著各種運動
粒子不斷地誕生和消亡
他們從無到有
又很快互相撞擊 一起隕滅
量子理論表明 空虛的空間並不是那麼空白
它是一個複雜多變的地方
充斥著各種驚心動魄的事情
各種粒子在這裏
四處飛奔 相互撞擊
不停產生和消亡
這裏一片混亂 粒子像泡泡一樣轉瞬即逝
當量子理論預言這些時 時間還沒到1948年
當時一位名叫亨德裏克·卡西米爾的科學家提議
即使我們看不到這些粒子
我們也應該可以看到他們對於空間的影響
並且他推測
如果你有兩個普通的金屬薄片
把他們盡可能地相互緊貼在一起
就是說 相互之間緊密地容不下任何事物
然後特定能量級的粒子會被擠出來
因為這種情況下 兩個薄片之間容不下它們了
薄片內部幾乎是真空
而薄片外部有著更多雜亂無章的運動
卡西米爾認為薄片將會相互聚攏
被我們通常認為是近乎真空的空間所吸引
幾年之後 人們完成了相關的實驗
證實了卡西米爾是對的
在真空狀態下 薄片緊密地聚攏在一起
所以在原子角度上看 空蕩蕩的空間並不是完全沒有任何東西
它充斥著運動
因此它可以促使物體發生移動
如今
一個史上最昂貴的科學實驗項目
仍然進行著在微觀尺度對於空間的探索
這就是CERN
位於日內瓦的歐洲核研究組織
在這裏 地下一百多英尺的地方
埋著大型強子對撞機
它是世界上最強力的加速器
造價高達10億美元
它能把亞原子粒子的速度提至
光速的99.99%
然後讓它們撞擊對方
在由它們的撞擊產生的殘骸之中
科學家們發現了各種光怪陸離的現象
以及千奇百怪的粒子
現在 科學家們企圖捕捉一種最神出鬼沒的粒子
這種粒子被認為在萬物形成過程中起著至關重要的作用
不管是我們身體內的原子還是遙遠的恆星
如果找到這種粒子
將會重新定義我們對空間的認識
並且為一個持續了40多年的探索畫上一個完美的句號
事情起源於1964年
當時有一位名叫彼得·希格斯的年輕英國物理學家
他提出空間中存在一種絕對的基本粒子
這幾乎使他的事業毀於一旦
希格斯: 人們認為我在信口胡說
說我不可能是對的
我可以肯定他們完全不懂我在說什麼
格林: 希格斯和其他的一些人
都被這種假設帶來的一個難題困擾著:
宇宙中的基本粒子
都具有不同的質量
也就是我們通常所說的重量
沒有質量 這些粒子不可能形成原子
當然也就不可能組成世間的萬物
我們這個世界也就無從談起
但是是什麼創造了質量?
為什麼不同的粒子擁有不同的質量?
儘管他們絞盡腦汁
仍然沒有人能夠解答這個讓人困惑的問題
後來 一個週末
通過一次在愛丁堡郊外的散步 希格斯產生了一個新奇的想法
借助於數學 他採用了一種新的方式
假設空間像一個大海
粒子浸沒在這個大海裏
當它們在海裏移動的時候 他們由此獲得質量
為了弄清這個原理
設想一個粒子的質量就像是一個演員的名氣
希格斯所說的海洋就像是狗仔隊
一些粒子 像是不知名的演員 可以在人群中隨意穿行
狗仔隊們基本不會關注它們
但是其他粒子 就像超級巨星們
不得不推推搡搡的前進
粒子越是努力向前推進
大海對它們的阻礙越大
它們的質量也就越大
希格斯確信他有了重大發現
但是當他向CERN投稿闡述自己的見解時
他的想法被否決了
不屈不撓的希格斯繼續完善自己的理論
終於他獲得一個機會去闡述他的理論
地點是一個愛因斯坦生前經常光顧的場所
普林斯頓大學的高級研究協會
他期盼著他的新奇想法
在那裏能夠遇到一些深刻的批評建議
希格斯: 我興奮地行駛在高速公路上
當看到指向普林斯頓大學的路牌時
將要面對的這場答辯真的讓我很是緊張
我把車停在一片小樹蔭中 開始不停地發抖
而後我又不得不重新上路
格林: 但是希格斯仍然堅持了下去
首先他要在一連串的討論中
使這些學者相信
他在討論一些重要而深奧的東西
希格斯: 最終我基本上是他們信服了
我覺得我成功了一大半
所以在接下來的討論會中我應對自如
格林：如今 希格斯提出的理論被稱為希格斯場
它對我們如何認知空間起著決定性的作用
裏肯: 希格斯場無處不在
它就是一件那樣的東西 即在最空虛的空間裏
存在一種賦予你質量的作用
所以我認為希格斯真的是
一個確切證明了空間是客觀存在的人
空間具有一些基本而重要的屬性
這些屬性是你無法否認 也無法迴避的
格林: 那麼唯一的問題是?
沒有確切的證據證明希格斯場的存在
至少現在還沒
但是在 CERN
科學家試圖通過使用足夠大的能量
促使粒子猛烈地相互碰撞
他們將會把希格斯場的一小塊敲的鬆動
產生一個它特有的微小粒子
就好像我們要把空間敲下來一小塊一樣
我們認為只要敲得足夠用力
利用粒子加速器製造的撞擊
最終可以從空蕩蕩的空間中
製造出一個希格斯粒子
假如希格斯粒子不存在
那麼我們對於物質的一切認知都會瞬間崩塌
我不覺得每個人都會堅信我們一定會發現希格斯粒子
但是如果我們沒有 那絕對會是一個非常奇怪的結果
格林: 希格斯粒子的發現將會是一個舉足輕重的里程碑
它證明了空無一物的空間具有那種空無的特性
對一切物體都有影響
但是結果證明空間含有一種成分
一種希格斯從來沒有料到的更加神秘莫測的基本成分
它很可能會解開
一個千古謎題
那就是宇宙的終極命運
宇宙起源於大約140億年前
我們稱之為宇宙大爆炸
在不到一秒的時間內
宇宙經歷了一場驚心動魄的爆炸
使空間向外無限地擴張
空間從此一直不停地膨脹
幾十年來 大多數科學家都認為
空間的膨脹速度在引力的作用下變慢
當我向上拋出一個蘋果
地球的引力會最終讓它停止上升
然後把它拽回來
正如蘋果隨著時間緩緩落地一樣
宇宙的膨脹速度也應該逐漸變小
因為宇宙中的所有物體和能量之間
都存在著引力的影響
格林：但是這又引出另一個問題
宇宙的終極命運是什麼?
宇宙會一直膨脹下去麼?
或者引力最終會停止空間的膨脹
導致宇宙在某次"宇宙大碎裂"中被毀滅?
為了解開這個奧秘 兩個科學小組
開始著手測量宇宙膨脹的減小速度
他們借助於一個另類的工具
爆炸的恆星: 超新星
亞當·裏斯：超新星是某些恆星
在演化末期經歷的一種劇烈的大爆炸
它們是極其耀眼的
亮度可達太陽的10億倍
索爾·派斯馬特：超新星的獨特在於
它們爆炸的過程極其相似
它們都會達到一樣的亮度
然後它們會按照同一個模式暗淡下去
格林：因為這些爆炸如此閃亮而統一
研究小組意識到這些超新星
或許會成為非常精確的宇宙燈塔
幫助研究人員弄清楚宇宙的膨脹
是如何隨著時間變化的
問題是 超新星爆發太罕見了
為了找到足夠的證據
珀爾馬特數年如一日地聯繫全球的天文學家
希望能夠借用他們的望遠鏡
我們需要世界上最大的望遠鏡
我們需要絕佳的觀測條件
並且當出現絕佳的觀測條件時
我甚至會在當地的午夜給他們打電話
一般那時候他們正在忙著別的事情
但是我會說
我知道你們的確很忙
但是有可能的話
如果您能夠耐心地觀測半個小時
我們將會十分感激
格林: 當他們終於有充分的數據
去證明引力對於宇宙的膨脹
究竟有多大的作用時
他們大吃了一驚
帕爾馬特: 結果看起來有點怪異
它們壓根沒有顯示出宇宙膨脹有任何減慢的跡象
這真讓人吃驚
事實上 宇宙一直在加速膨脹
這樣也就是說 我們通常認為空無一物的空間
卻一直是宇宙膨脹的動力來源
而這樣的空間是不願被壓縮的
空間正在試圖撐爆這個宇宙
這看起來像是
宇宙膨脹地越來越快
速度的增加遠遠大於減小
我當時的反應就是
我必須弄清楚為什麼這是錯的
這不可能是對的
格林: 但是它的確是正確的
大多數科學家達成了一個共識
有某種物質在填充空間
抵消了普通物質的引力對於空間的影響
撕扯著宇宙中的星系
拉伸著宇宙的最基本的構造
這種填充空間的神秘物質
被稱為 "暗物質"
它完全顛覆了我們對於宇宙的認識
菲裏潘科：在宏觀尺度上
暗物質構成了宇宙的絕大部分
而我們卻不知道它到底是什麼
蓋茨: 如果你做一點調查
一個宇宙中所有能量的"人口普查"
你會發現暗物質佔據了宇宙的70%
然而十年前
沒有人預料到還有這種東西存在
格林: 所以本質上來說 空間本身的重量
佔據了宇宙總重量的70%
這個數字基本上等於
地球表面被水覆蓋的面積佔地球總面積的比例
設想一下我們不知道什麼是水
這種情形跟我們現在不知道什麼是暗物質一樣
裏肯：我們真的難以解釋清楚它的本質
我們有各種精巧高端的科學設備
我們還在近一百年內發展了
量子力學 相對論 粒子物理學
但是所有這一切對揭示暗物質都無濟於事
格林: 暗物質的發現給與我們另一個驚喜
這種宇宙含有如此奇妙成分的想法
早已在80年前就有雛形
格林: 我來告訴你一個小秘密
儘管愛因斯坦不稱之為暗物質
但在很久以前 他就預言到
空間在竭力使星系相互分離
你看
愛因斯坦在創立他的廣義相對論不久
也就是他的關於引力的理論
他發現 按照數學計算
宇宙應該既不膨脹 也不收縮
但是事實上宇宙不是這樣的
在人們瞭解大爆炸以前
這個問題困擾了包括愛因斯坦在內的
把宇宙描述成永恆和不變的那些科學家們
當愛因斯坦的方程表明
宇宙是在不停膨脹或者收縮
而不是我們想像的那個靜止的宇宙時
這難住了他
所以愛因斯坦著手
修改方程使其允許一種反重力
充斥宇宙並導致它膨脹
這種反重力抵消了常規重力對宇宙的作用
兩者相互制衡使宇宙保持穩定
他稱這個改正量為宇宙常數
通過增加宇宙常數 愛因斯坦挽救了自己的方程
但事實是 愛因斯坦也不清楚這種向外的推力
或叫反重力 是否真的存在
愛因斯坦引入宇宙常數
其實也是無奈之舉
他一直想尋找的是
一個穩定和諧的宇宙
通過反重力 他成功了
這表明引力有時候以另一種方式運作
引力不是使物體聚攏 反而使物體分開
就像磁鐵的兩極那樣
宇宙常數和普通物體之間的拉力
可以很好地控制宇宙 使它保持穩定
但是大約十年後 天文學家埃德溫·哈勃
發現宇宙並不穩定
140億年前那場宇宙大爆炸產生的衝擊波
至今依然在使宇宙不停地膨脹
這意味著最初的愛因斯坦方程
沒有必要去修改
並且突然之間 我們再也不用
去尋找所謂的宇宙常數了
謝謝
不客氣
據說愛因斯坦稱這是他最大的錯誤
但是
根據最近的發現
宇宙在加速膨脹
科學家們確信空間中存在
某種使物體分開的物質
所以70年後的今天 愛因斯坦的最大敗筆
也許會成為他最大的亮點
這是很多人沒有預料到的
但是愛因斯坦的宇宙常數很可能是
我們理解宇宙膨脹的關鍵
正如我們今天看到的那樣
格林: 儘管沒有人確切知道暗物質到底是什麼
但它已經引發了一個令人吃驚和不安的可能性
愛因斯坦描述他的反重力的強度是一個常數
但是暗物質的強度也是常數麼?
它會隨著時間變化麼?
答案可能會顛覆現階段我們對於
宇宙的命運的所有認知
同時 我們這個世界的一切事物
從組成我們身體的分子
到組成這個房間的分子
都被那些抵消暗物質的斥力的力
聚攏在一起
這就是在我們的日常生活中
看不到物體膨脹的原因
但是這種情形並不會持續太久
一種設想是
暗物質會持續將星系們互相分離
直至達到極限
它們是如此的分散
以至於宇宙變成一個寒冷 黑暗 孤寂的地方
另一種設想是
暗物質的強度隨著時間不斷增大
直到可以撕裂
星系內的任何物體
不管是恆星還是行星 都難逃厄運
如果暗物質隨著時間增多
當有足夠多的暗物質充斥在質子和電子之間
暗物質的強度會達到極限的數值
以至於原子也會被撕裂
宇宙大撕裂
我們對於空間的描述
已經經歷了一個明顯的轉變
回想牛頓時代 空間只是一個容器
它根本不做任何事情
然而經由愛因斯坦
我們認識到空間可以影響物體的運動
接著卡什米爾的完美薄片可以被空無一物的空間的作用
擠壓在一起
現在 通過希格斯粒子和暗物質的理論
證實了宇宙的終極大爆炸也許
是絕對空虛的空間自身的能量所引起的
我想說不是每個人都會認為
空間對我們現實世界的本質有著
如此深遠和廣泛的作用
但是據我們所知
自從艾薩克牛頓將空間描述為一個舞台之後
我們的這個旅程遠沒有結束
當我們仔細地審視宇宙的構造時
我們很可能會發現更多的驚喜
超乎任何人的想像
拿我來說
我看起來很真實吧
呵呵 是的
但是爆炸性的新線索正在改變一切
你 我 甚至是空間本身
也許只是
一種投影
也就是說 我們看到的和感受到的一切
所有我們熟知的一切
也許只是那些已有的信息的投影
被投射在一個纖薄 遙不可及的二維平面之上
有點像把這些投影的信息
儲存在這張薄薄的塑料上
現在 全息影像已經被普通人所熟知
你從普通的信用卡上面看到的安全標誌就是全息圖
但是宇宙也是一個全息影像麼?
這是對我們關於空間的描述
有史以來最深刻的修改
證實這種理論的證據
來源於宇宙中最另類的一些天體 黑洞
這真的很出人意料
幾乎讓我們摸不著頭腦
來源於黑洞的現代理論表明
現實世界是二維的
並且這個三維世界
這個全方位的三維世界
只不過是在空間的邊緣地區存留的
一種全息影像
這是非常奇怪的事情
當我還是個初出茅廬的物理學家時 我會覺得
任何一個敢說這些想法的物理學家都是瘋子
讓我教你如何理解這些
設想一下我拿出我的錢包 把它扔進一個黑洞
會發生什麼?
我們以前認為一切物體 甚至是光
都將無法逃脫黑洞的引力
我的錢包永遠都找不回來了
但是現在看來這並不是故事的結局
最近 致力於研究描述黑洞的方程的科學家們
有了一個有趣的新發現
即使我的錢包掉進了黑洞
它含有的所有信息的一個副本
會被分解然後存儲在黑洞的表面
這個過程跟計算機存儲信息
基本上是完全一樣
因此到最後 我的錢包存在於兩個地方
三維版本的已經永遠丟失
在黑洞裏 它的二維版本
依然作為信息保存在黑洞的表面
克利福德·艾森: 掉入黑洞的所有物體的信息
理論上都可以被解析出來
並且可以完全地以黑洞以外世界中物體形式表現出來
這個想法就是
通過對照黑洞外發生的事情
你可以描繪黑洞內正在發生的一切
理論上 我可以利用這些信息
在黑洞的外面重造我的錢包
然而真正令人瞠目結舌的是:
黑洞內的空間依然按照
黑洞外的空間的法則和規律運作
所以如果黑洞內的物體
可以被黑洞表面的信息所描述
那麼也就是說 宇宙中的任何物體
從星辰隕石到人類 甚至是空間本身
只不過是一些存儲在遙遠的二維平面上的
信息投射在我們面前
換句話說 我們在現實世界所經歷的一切
只不過類似於全息影像的東西
三維世界是個幻象
全息影像也是一個幻象 這兩者是一樣的麼?
也許吧
其實我想說 是
三維世界的確是一種幻象
絕對真實的現實
存在於宇宙表面的二維世界中
這個理論如此新穎以至於現在很多物理學家
都很難理解
但是假如它是對的 正如牛頓和愛因斯坦
徹底改變了我們對於空間的認知一樣
我們也許就處在另一場戲劇性的偉大革命的前夕
作為我們日常生活中的
如此重要的組成部分
空間始終是一個我們熟悉的陌生人
它無處不在
但我們依然遠遠沒有弄清楚它的真實身份
這也許需要100年 也許需要1000年
也許是明天
但是當我們解決這個難題時
我們將會在完全理解宇宙的構造這個問題上
邁出一大步
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