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从暗物质到人类文明：一场跨越亿万年的宇宙 “蝴蝶效应”
这期我们来聊聊暗物质。我们不仅要追问暗物质到底是什么，和你说说最新的科学发现和计算模型，还要给你聊一个疯狂而大胆的假说：地球上存在人类文明，是一次极大的幸运，而这个幸运背后的重要推手，也是暗物质。在聊之前，我们先要打破你对“看得见、摸得到”这个概念的一切刻板印象。为什么要打破这个印象呢？因为如果你的脑海中认为，一个东西在那，总能被我们用某种方式探测到，最直接的就是看到它；如果它特别小，那我们总能用某种显微镜看到它；如果它特别的远，那我们总能用望远镜看到它，对吧？但你要注意，我们这里说的“看到”，只可能有两个原因，要么是这个东西它发光，要么是这个东西它反射光，才能让特定频率的光进入到我们的眼睛，或者进入我们的探测器。那一个东西它要是既不发光，也不反射光呢？有可能吗？这就得说说发光和反射光的更底层的机制。物质发光的本质是吸收能量、再释放能量的一个量子过程，比如电子的能级跃迁就是这么个过程，当某个原子里面的电子以某种形式吸收了外界的能量，从某一个低能量的状态变成某个高能量的状态，再返回到低能量状态时，会有一个能量差，这个能量差就会以光子的形式被释放出去，这里有个公式：放公式在这儿就是帮助你理解，不是说这个原子里头已经有个光子随时蓄势待发了，而是先有能量差，再以光子的形式把能量释放出去，所以发光是一个现象，而不是物体的某种特定的属性。那反光呢？在你的想象里，反光不就是一个光子撞到一个物体上，再反弹到我们眼睛里吗？也不对，这也不是本质。物质能反射光，本质上是光子和物质里的电子发生相互作用的一个机制。光作为电磁波，在物体的表面会引发电子被迫跟着一起震荡，根据麦克斯韦方程组，这些震荡的电子会辐射出新的电磁波，跟原来的电磁波频率相同但是方向相反，严格来说原来光的能量是被吸收了，转化成了热能，剩余的能量是由表面的电子“发光”新给找补出来的光，所以你看虽然镜面会反射光，但它被光晒着还是会变热。这里的重点是，反光本质上是电磁作用，是电子对震荡波的反应，并不是咱们想象中一大堆光子小球撞到物体上那个样子，所以有些物质你在原理上就没办法通过反光来观察到它。在这儿咱们要说一句量子物理学中经典的话，意大利物理学家卡洛·罗韦利说：世界并不是物体的集合，而是事件的集合。说实话年轻的时候我不理解这样的话，在我的脑海里，一个原子它在那，我是不是能探测到它这是我的问题，它总是有一个特定的样子——或者说一个特定的属性，存在在那里吧？而过去上百年的科学发展已经让地球上最聪明的一群大脑转变了思维，我们只能描述两种东西，一种是基于数学提出的假设，一种是基于实验数据得出的观测结论，严格意义上来说，我们看到的也只是实验数据而已——当然，我们看到的是屏幕发出来的光子在我们的视网膜中呈现的数据的图像而已。如果你不能理解这一层含义，就没办法对暗物质祛魅。尽管很难，还是请你相信，主流的科学观点认为，如果咱们一层层地往下挖，最终能挖到的都是一个一个的现象，而从来不能讨论一个物质它“本来”是啥。如果你在思想上能稍微接受这个理念，就可以用科学的视角来看待暗物质了。
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58:59
宇宙大尺度的形状：对称性背后的时空密码
问你个问题：在大尺度上，宇宙整体是什么形状的？你可能从来没觉得这是个问题，你在很多视频和图片里都看到过宇宙的样子，就是一个黑黑的大球，从大爆炸的一个小球开始，逐渐变大。我先直接告诉你答案，不对，宇宙不是一个三维球体，请先把这个形状在你的脑子里删除掉。好，接下来请你认真想一想，它可能是什么形状？我们的地球差不多是个球型，但太阳系不是，它是个扁的圆盘，银河系也是圆盘行，但它有很多的悬臂；不是所有星系都是圆盘行，比如螺旋星系IC 2163形状像一对大眼睛，南三角座ESO 137-001星系看起来像一只巨大的水母，可以说千奇百怪，所以宇宙似乎也可以是任何的形状。如果你是一个有野心的宇宙学家，你一定不想盲猜，我们也没办法飞到宇宙外面给它拍一张照，所以你只能寄希望于找到一些理论，来帮你把无限多可能的选项，缩减成几个，最好是只有一个选项，对不对？有一个理论，就可以帮我们把宇宙形状的可能性，从无限多种，减少到3种，并且我们差不多快要找到答案了。不仅如此，它还决定着宇宙的 “生死时速”—— 时间，是否成立。今天就和你聊这个听起来挺熟悉，但在科学领域却很少听人拆开了仔细讲的概念：对称性。
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44:27
物理定律是永恒不变吗？时间的存在与多重宇宙解释
你对科学了解越深，就越是会去怀疑一些公认的东西到底是不是千真万确的。一开始人们怀疑地心学说，后来开始怀疑时间和空间是不是一成不变的，再后来甚至怀疑宇宙是不是只有一个。在我所知道怀疑者中，最激进的人应该是物理学家李·斯莫林了，他怀疑的是，我们观察到的物理定律，它们是被一开始就写好的吗？会不会物理定律也在随着时间变化呢？对，时间，这个东西是李·斯莫林所有学说中最重要的因素。我们在上一集中讲到，传统的牛顿范式把时间这个因素剔除到了物理学之外，一个公式在时间的正向和反向两个方向都是等价的，时间似乎只是我们的一种体验，而不是真实存在的东西。可当我们把对局部宇宙的理解推演到整个宇宙的时候，当我们要去追问宇宙为什么遵从这些定律、为什么取这些常数的时候，牛顿范式就遇到了大问题。于是，时间的真实性又被带回了物理学的舞台，自然规律也应该被视为世界随时间演化的一部分，这里面李·斯莫林就是其中的领军人物。用两句话总结他的假说：第一，时间是真实的，不是人的主观体验；第二，时间不仅会影响宇宙万物，甚至会影响宇宙万物遵循的法则，也就是物理定律。我并不建议你去读李·斯莫林的书，因为这种大物理学家写的书真的很难懂，而且读的过程中你必须要用尽力气，不断挑战自己的常识，一旦松懈，就会产生“你这不是在胡扯吗”的感受，然后很快就跟不上他的论述了。这小节，我尝试给你讲述他的观点，在这还是要先打个预防针，如果你实在觉得他的观点太过激进、难以接受，那就当听一家之言，他只是给这个越来越难以被人类理解的物理学世界，一个暂时没有被推翻的解释。听到最后，或许你会和我一样有种感觉，似乎“物理定律在过去的一百多亿年里保持不变”，反倒是人类一个很自大的假设，谁跟咱们保证了？
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48:30
超越牛顿范式的终极理论，让时间重回物理学的舞台中心
时间这个东西，它真实的存在吗？我是说，除了人类的主观感知，它是一个客观存在的东西吗？并不是所有的名词都对应物理上客观存在的事物，比如正义、艺术、幸福，都只是人类的语言，并不代表物理实在。我们之前曾经讲过一期节目，标题是《时间的消失：物理学在时间内，数学在时间之外》，时间隔得比较久，忘了的话可以去听听：https://m.ximalaya.com/sound/483402033?from=pc这里面说到一个重要的观点，从伽利略时代到牛顿时代，时间这个因素被科学给拿掉了，在牛顿的范式里，一个公式在时间的正向和反向两个方向都是等价的，时间似乎只是我们的一种体验，而不是真实存在的东西。没错，人类花了几百年时间，用理性的思考，将时间驱逐到了物理学之外。这件事你如果没有听那一集，可能还真的不太好理解。但，故事还没有结束，当科学向着解释整个宇宙的终极理论发展的过程中，人们又重新翻找历史的垃圾堆，又不得不把时间重新捧回C位。这是一场漫长又烧脑的过程，我们这一期节目，就先从一场充满哲学意味的思想实验讲起。
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41:18
宇宙边缘是什么样的？被迫诞生的“暴涨理论”和多元宇宙
在前面的节目中，我收到了两位朋友发来的提问，问题非常好，我决定以这两个问题为起点，开始今天的思维探索之旅。范德彪西提了个问题：如果这个宇宙是大爆炸产生的，那么现有的宇宙空间应该是一个球形，我们的地球极大概率不处于这个球的圆心上。可我们用望向宇宙深处时，看到了130亿年前的影像，这是距宇宙大爆炸不太久后的样子。如果用此方法向前后左右上下各观察一次，获得每个方向上可观察宇宙边界的距离，是不是就能计算出地球所处的宇宙相对空间了？结合学过的内容，从地球观察宇宙各方向，星系又是似分布均匀，这不证明地球正好在宇宙的中心吗？难道真的这么巧？不要休息日搞装修提了另外一个问题：请问宇宙的有限如何描述？比如我们说一个弹珠有限是因为它有明显的边界，而宇宙的有限之外是空吗？如果我们跑到宇宙边缘，会看到什么？
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48:54