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1700911589 我们显然无法从外面观察宇宙。在实验上,就算我们有了统治所有一切的规则,不管能不能从外面看,我们也无法验证不同的初始条件会不会给我们整个宇宙带来不同的演化模式。我们无法在实验室中实现大爆炸,也无法看见新的宇宙出现在夜空里供我们分析。
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1700911591 这就是为什么黑洞变得有用。
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1700911593 首先,有许多黑洞。在宇宙中随便选一个星系,很可能在星系中心就有一个超级黑洞。除此之外,还有许多小一些的黑洞,质量只几倍于我们的恒星,分布在宇宙的各个地方。到二〇一五年为止,我们所探测到的最大黑洞质量是太阳的二百三十亿倍。它位于大约一百二十亿光年之外,当这些今天被我们捕捉到的光离开那里时,它还是一个相当年轻的星系。而在大小尺度的另一个极端,理论上最小的黑洞可以是任何大小,小到所谓“普朗克尺度”,在这个尺度上,引力效应与量子效应同时出现。普朗克尺度用数字表示,大约相当于一毫米的十亿亿亿亿分之十六,这个数字如此之小,实际上就意味着任何大小的黑洞都可能存在。
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1700911597 回到我们刚才讨论的要点,黑洞和宇宙的最早时期有着共同的重要特性。它们都有一个极限,在这个极限之外,引力只有在考虑了量子效应之后才能适用。这个极限就是普朗克墙,就是你在本书上一部分的最后阶段逆着时间旅行到达并越过大爆炸之后所遇到的那道墙——在宇宙诞生时,这道墙遮住了所有。对于黑洞,它通常隐藏在视线之外,在那扇只能单向通过的门——地平线——之后:你将在这一部分的最后阶段穿越那个地平线。
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1700911599 那个旅程将是带你进入本书第七部分的关键,在那里,你将开始你的终极之旅:你将穿越最被广为接受的现代理论中所描述的宇宙,试图统一空间、时间和量子场,解释所有一切。但是这些被称为“弦理论”的理论非常疯狂,引入了多宇宙、平行宇宙、多维空间和更多概念,让你开始相信科学家们都已经发了疯,失去理智。
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1700911601 如果不是看在他们解决这些谜团的份上,他们真的是疯了。
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1700911605 不管怎么说,你都已经读到这一页了,你或许会发现这难以置信,二十世纪的物理学远远没有完成了解所有一切的任务,它留给我们的宇宙图像的大部分地方都是深奥且黑暗的未知。这并不应该让你失望。这些未知是明天科学(模糊的)窗口:你我私下说说,在过去不到一个世纪的时间里,看到人类对所有事物的知识的突飞猛进,看到今天在理论物理学家们的脑袋中还不停地冒出来奇奇怪怪的想法,你就几乎能够确信更多革命性的想法尚未出现。其中一些说不定已经成熟,正等待着盛开,只是缺乏恰当的实验验证,有一天,它们将用奇怪魔幻的新现实来重塑我们对世界的认知。
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1700911607 现在,这就是将要发生在你身上的事。
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1700911609 首先,你将再瞧一眼那充满我们整个宇宙的量子场,你会看到尽管有着那么多我已经告诉你的东西,但它们还是绝对没有道理。然后,你会再次回顾这些量子场所产生的粒子,在量子引力的范畴里你会看到它们还是不合理。然后,你会遇见一只猫,它既是死的,却又活着,你会——如果你还继续跟着我的话——不再能够理解任何事情。
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1700911611 在你成功地经受了这些考验之后,你将听到从我们宇宙中不断分叉出来的平行宇宙,就像树上的分枝一样。
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1700911613 与我们的常识对这个世界的认知相比,量子世界的认知就如天方夜谭,在你充分认识到这一点之后,你会进入略微熟悉的领域,期待最终能够在分隔开微小世界与巨大世界的鸿沟上建起桥梁,你会再次面对大场面,重新审视爱因斯坦的广义相对论、我们宇宙中的星系以及宇宙膨胀,希望发现它们的重新定义能够令人放心。有趣的是,结果是否定的。你会看到我们宇宙中占比居多的东西既不能被望远镜探测到,而且还未被了解。不管怎么看,大尺度上的宇宙依然充满了谜团,与微观世界一样。
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1700911615 不管你是不是愿意,最后你都得接受这个事实,尽管爱因斯坦的时空弯曲理论曾经非常强大,将来也永远如此,但它还是不够完整,甚至预言了它自身的崩塌,因此不可能是那种能够解释所有一切的理论。我们的宇宙中有一些地方它无法适用。这意味着如果我们想要解释一切,就需要寻找一个更宏大的理论。
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1700911617 它在哪里崩塌的呢?
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1700911619 你大概已经猜到了:在黑洞里和大爆炸之前,通向普朗克墙路上的某处。
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1700911623 到目前为止,你已经游历了人类为描述我们周围世界所构建的最好模型。实际上,你对我们宇宙的了解已经和就读于地球上最好的大学的优秀研究生一样多。显然,这只是理论和想法,技术细节除外。不过这已足以让你在任何晚餐聚会上熠熠生辉了。
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1700911625 现在到了让你更进一步的时候,去看看有哪些东西不对头,这样你不仅能维持自己的光辉形象,还能让你的朋友们抓破头皮都无法想象。
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1700911631 极简宇宙史 第2章 量子无限
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1700911633 你还记得看到外太空里的真空“实际上”是什么样的吗?那些在此之前看起来只是虚空的地方原来遍布着波动起伏的场。波动变成了从场的真空中冒出的粒子,无处不在。
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1700911635 在量子世界,某事只要可能发生,它就一定发生。因此,暂时忘记你的日常大小和引力,想象一下缩微版的自己沉浸在量子场的包围中,位于非常小的世界里,坐在小椅子上。你就像是裁判,像观看网球比赛似的观看两个电子互相作用,只是电子变成了网球选手,在它们中间飞舞的虚光子变成了球。
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1700911637 你的右边某处有一个电子,另一个在左边。它俩完全一样,带着相同的电荷。跟磁铁一样,它们应该互相排斥。这是一场有趣的比赛。现在电子们还离得很远,在诞生了它们的电磁场中前进。它们越来越接近,几乎就要撞到一起,还好没有。它们发生了相互作用。球赛开始。虚光子们从电磁场中冒出,让电子变道,把它们打碎。然后,就像开始时一样迅速,球赛结束了。电子与虚光子都不见了。
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