人·与·宇·宙

20世纪60年代,美国贝尔实验室的两位工程师在寻找卫星通过的干扰源时,意外地发现了微波背景辐射。它是宇宙学家早就预言的大爆炸的余烬,从而为大爆炸论确立了它在宇宙学中的主导地位。以后,物理学家古斯又以暴胀论完善了宇宙创生的整个理论。暴胀论说,蕴藏在空间的反引力,在宇宙年龄为万亿万亿分之一秒时,促使宇宙发生迅猛地膨胀,这样,把很少量的一点物质变成了整个宇宙的能量和物质。也许有人要问,真空空间的一小点物质从何而来?按量子论的测不准原理,诸如粒子的位置—动量、能量—时间,是无法精确测定的,这是大自然的一条基本法则。它使得…     

宇宙和暗物质

２０世纪主流科学家的意见是宇宙起源于一次大爆炸。据说那是在１５０亿或１２０亿年前，大爆炸形成了时间、空间和物质。数学物理教授图罗克最新提出的“开放暴胀”理论认为，宇宙最初是一个像豌豆大小的物体，悬浮于一片没有时间的真空，“豌豆”状的宇宙存在的时间与“大爆炸”相隔一个极短瞬间。他认为，“豌豆”状的宇宙在大爆炸前的瞬间内经历了被称为“暴胀”的极其快速的膨胀过程。根据大爆炸理论，宇宙由于爆炸不断膨胀，膨胀到一定程度又将坍塌，然后整个宇宙乌呼哀哉，所有的一切宣告消亡。虽然科学家宣称宇宙的消亡也要有一二百…     

“普朗克”带来的喜和忧

自2009年发射升空以来，“普朗克”探测器一直在绘制来自婴儿宇宙的辐射图像。它的灵敏度比过去所有的探测卫星都高3倍以上，有助于我们了解宇宙暴胀的情况。按现在的主流宇宙学说（大爆炸论），在大爆炸后的一个瞬间，宇宙发生了高速膨胀。即为暴胀。     

一把能同时砸扁三枚钉子的锤子

正前面说过,暴胀除了能轻松解决磁单极子问题以外,还能同时解决另外两个更加棘手的宇宙学难题。这两个宇宙学难题就是所谓的平坦性问题和视界问题。听起来有点不知所云?没关系。下面,我就讲讲它们到底是什么。平坦性问题是问:宇宙为什么会如此平坦,以至于我们完全察觉不到空间本身的弯     

宇宙诞生的瞬间究竟发生了什么？

2014年3月17日，新华社发出一条醒目的报道。称美国航空航天局设在南极的BICEP2望远镜找到了理论所预言的、宇宙大爆炸在宇宙微波背景上留下的痕迹（指引力波）。按现今流行的宇宙大爆炸理论，在宇宙刚出生的10弘秒发生了暴胀，到10“秒时，宇宙空间瞬间扩大了10拍倍。理论家说。在暴胀结束时必将产生引力波，这是一种空间的波纹，也是爱因斯坦广义相对论的一个重要预言。光子碰到引力波时将产生偏振。而BICEP2望远镜探测到的，正是这一偏振的图谱。     

暴胀:宇宙创生之初的超级通货膨胀

正暴胀的英文名是Inflation,本意就是我们在日常生活中最熟悉不过的通货膨胀。通货膨胀说的是,在一段时期内,社会上流通的货币总量发生了明显的增长;而暴胀说的是,在创生之后远远不到1秒的时间里,宇宙的总体积发生了指数式的膨胀。什么是指数式的膨胀呢?     

WMAP新发现

在2008年3月7日，NASA发布报道称，科学家对美国WMAP近5年的探测数据进行分析后，得出了有关宇宙中微子、宇宙演化和宇宙“暴胀”模型的新发现。 研究表明，宇宙最早的一批恒星经过约5亿年才产生“宇宙雾”，从而终结宇宙的“黑暗时期”。WMAP探测项目科学家、英国牛津大学的乔安娜·邓克利说。新证据表明，“宇宙雾”的形成从宇宙诞生后约4亿年时开始，持续了5亿年左右，是一个漫长的过程。     

宇宙探索100问

29什么叫“宇宙免费午餐”?一些宇宙学家认为,大爆炸初期的宇宙就存在伪真空态,宇宙中的物质粒子就是从那种伪真空态中从“无”中产生的。一些宇宙学家进一步认为,量子引力理论也允许时间和空间自发地、没有原因地从“无”中产生,就像粒子自发地、没有原因地从“无”中产生一样,而不违反物理定律。根据量子引力理论的这些理论,包括物质、时间和空间在内的整个宇宙都是从“无”中产生的。因此,宇宙学家艾伦·古斯说:“人们常说没有免费午餐这回事,然而,宇宙本身就是一份彻底的免费午餐。”     

宇宙之外

从纯数学的理论推断而出的五维和五维以上的世界包含着无数个四维宇宙体的说法已经定论。物理上,林德根据爱因斯坦的著名公式E=mc2计算后认为:宇宙之所以爆炸是因为其能量的不稳定性所造成的,由于真空中的不稳定性会反复出现,因此大爆炸也不可能仅仅发生一次。每当真正的能量偶尔碰撞一次,从中就会产生出一个新的宇宙。许多宇宙会以此种方式而产生,这便是多元宇宙论。人类眼中所认为广阔无边的宇宙,只不过是数目无穷多的宇宙大海中的一滴而已。除此之外,平行宇宙论也是比较流行的宇宙学说。这种学说认为,我们目前所观测到的只是完整宇宙中…     

宇宙之大

我们已经知道,宇宙诞生于一百多亿年前的一场不可思议的巨大爆炸。它在少于一万亿分之一秒的时间内迅速膨胀,这种膨胀在今天还在继续。正因其会膨胀,所以可以说宇宙是有限的。于是人们不禁问,宇宙会膨胀到何种程度?宇宙的边界到底在哪里?宇宙之外又是些什么呢?从常规的思维角度来看,宇宙不可能有边界,宇宙之外没有空间也没有时间。如果有,也还是宇宙的一部分。但是从数学的角度来看,今天我们语意中称之为宇宙的,仅仅是不计其数的四维宇宙中的一个而已。一维的世界是一条直线,它由无数个无限大,乃至虚无的不重复的奇点构成;无数个不重复的一…     

神秘的黑洞

黑洞是宇宙中一种非常奇特的天体。它那巨大的引力如饥似渴地不断吞噬宇宙物质，它的引力是如此之大，以至连宇宙中速度最快的光，也像孙悟空逃脱不了如来佛的手掌心那样，逃离不了黑洞。而且，它还穿着隐身衣，谁也看不见它，即使你用强光照射，用雷达探测，仍然探寻不到它的踪迹。科学家们把这种奇异天体比喻为宇宙中的“怪兽”。 　　其实黑洞并不是洞，不是深不见底的空洞，而是比铁、比铝要沉重得多的物质。那么为什么称之为黑洞呢 ?黑洞为什么会有如此神奇的魔力呢 ?这需要从引力谈起。我们都知道，即使是世界跳高冠军，也不可能一蹦…     

宇宙三禁律

著名的天文学家和科普作家卡尔·萨根曾经提出一个极为深刻的问题：物理学定律容许无限发达的文明做些什么？又严禁他们做什么？卡尔·萨根推测，在遥远的将来，无限发达的文明将可能实现一些今天我们看来不可思议的奇迹（甚至实现像“暴胀论”创始人艾伦·古斯提出的用９千克物质再造一个宇宙的这类疯狂梦想）。但仍有些事情，人们一直梦寐以求，不断有人绞尽脑汁论证它的可行性，但却永远是一个神话。用物理学家的话说：“宇宙禁止这种事情发生”。时间机器、空间捷径以及超光速运动可能就是这种事情，我称之为宇宙三禁律。时间机器：美梦…     

太空行走100问(二)

舱外航天服(上)13.航天员太空行走为什么要穿舱外航天服?舱外航天服与舱内航天服有何不同?航天员在太空中行走,由于太空环境非常恶劣,不仅有高真空、缺氧、极度的温度变化和可怕的宇宙辐射,而且还有太     

寻找引力幽灵（下）

为此,从马德堡半球实验中,我们做出了另一种设想:在封闭环境中的真空会产生向内收缩的效应,从而具有吸力,其吸力的大小与真空环境的大小和真空程度有关。空气在真空内呈扩散状态,所以,注入铜球内的空气产生了向外膨胀的作用。由于空气的进入,封闭的真空环境随即受到破坏,收缩的效应消失。这样一来,两个铜半球因失去了向球体中心收缩的作用力而分离。所以说,八匹马使尽一切气力仍然拉不开两个铜半球的原因并不在于空气产生了压力作用,而是处于封闭的真空在大气环境中产生的一种力学效应。我们也可以这样认为,空气本身并不具有压力,只有当空气…     

太空行走100问（四）

24．什么是气闸舱？航天员太空行走为什么要用气闸舱？ 气闸舱是指居于两个气压不同的环境之间的过渡舱，在载人航天器上就是居于加压座舱与宇宙真空之间的过渡舱，目的是在人员和物件通过时防止两个环境之间的气体交流。这个词是直译，也可译成“气压过渡舱”。气闸舱有两个作用：     

试论智慧生命造访地球的可能性（上）

从物理学上来看，宇宙广袤而浩瀚，只是这样无垠的宇宙究竟有多少个 ?只有一个吗 ?那么我们所生活着的这个宇宙之外还有宇宙吗 ?还有，我们所生活着的这个宇宙到底是什么时候、又是以怎样的方式形成的呢 ?所有的这些依旧还是个谜，裹在它们脸上神秘的面纱到了今天，还是没有被我们揭下。 　　现代科学所理解的宇宙是在大约 200亿年前诞生的，从此一个拥有超大能量的“时空”出现了，接着，它就迅速地膨胀起来，最后，形成了广袤的宇宙。可是，在这里就出现了一个问题，即这个超大能量的时空出现以前是一个什么样子呢 ?它已经超越了我们所能…     

从银河系看宇宙

什么是宇宙?宇宙是一切物质及其存在形式的总和,它包括地球和其他一切天体。所以,宇宙是由空间、时间、物质和能量所构成的统一体。人类对宇宙的认识是先从地球开始的,然后从地球扩展到太阳系,从太阳系扩展到银河系,从银河系扩展到星系,从星系扩展到星系团……等等。宇宙是如此之大,包括上千亿个星系,但人类可以观察到的     

量子重力

我们人类是会创造东西的物种。因此，当我们发现某些东西看起来很美，结构很精巧时，几乎是本能下的反应，我们会问：“谁做的？”然而，如果我们准备以科学的方法去研究宇宙，第一个要学到的知识就是，这不是正确的问题。当然，宇宙既美妙，结构亦精巧，但它绝不是由存在于宇宙之外的东西所创造出来的。因为按照定义，宇宙是所有的一切，不可能有东西存在于宇宙之外；     

人造黑洞

几十年来，现代物理学一直存在着一个难以解决的矛盾，这个矛盾使科学家们有时感到无所适从。这就是：我们有两个而不是一个解释宇宙现象的体系？科学家们认识到，要想全面、准确地理解宇宙，必须将两个体系结合起来，将它们合二为一，这样才能更准确地解释宇宙现状。然而，这两个体系都具有各自的独立性。科学家们所面临的挑战就是要努力找出量子力学和广义相对论在宇宙中的共同作用点。     

宇宙中最贵异的东西

5.真空能真空能是一种存在于空间中的背景能量,即使在没有物质的空间(称为自由空间)依然存在。真空能量导致了多数基本力的存在。它的效应可以在各式各样的实验中观测到,例如光的自发放射、伽马辐射、卡西米尔效应、范德瓦耳斯尔力、兰姆位移等等。另外它也被认为与物理宇宙学中的宇宙常数项有关。这里,另一个名词大家有必要了解:零点能量。