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BOX孙彬
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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
本特利悖论和奥尔贝斯悖论:宇宙到底是有限还是无限?
今天的我们总会被各种各样的科学结论直接喂饱,打开各种视频网站,你会看到很多言之确凿的理论,再配上一些星球和星系的画面,仿佛我们已经站在上帝视角看穿了宇宙的一切。但实际上,你看到的那些画面,绝大多数都是计算机模拟的,我们没有、也不可能有那样的设备,在俯视角看到宇宙的全貌、再把画面传回地球。和这些内容相反,我更感兴趣的,是发掘这样一个过程:渺小的人类,凭借双脚站在这个像沙粒一般的小星球上,仰望星空,仅凭自己的进化了几十亿年的思维,去逐层探究宇宙留给我们的一个又一个谜题。那些伟大又精妙的思考过程,才是人类闪耀出的智慧之光。今天,让我们从一个已经知道答案的谜题开始,讲述我们是怎样通过思辨和计算,得出结论的。
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30:06
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