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要搞明白这一点,先让我介绍一个小小的插曲,关于我早先所提到过的那道普朗克墙,看看那道墙到底有什么奥秘。
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在二十世纪早期,人类历史上最令人印象深刻的科学家之一建立了我们今天所称的量子物理学。与爱因斯坦一样,他是德国人,叫马克斯·普朗克(Max Planck)。他在一九一八年获得了诺贝尔物理学奖。
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从他自己的发现中,普朗克了解到在宇宙中存在着一个尺度门槛,低于这个门槛,量子效应将不能被忽略。而比这个门槛大的物体,一切都显得正常。对于它们,牛顿所理解的自然规则都能够适用,它们的一切行为都与我们日常生活经验相符合。但将那个物体压缩得越来越小时,牛顿的描述开始失效。让我再说一遍,牛顿找到一种方式,能够在我们所熟悉的日常生活尺度上描述我们的世界。它符合我们的常识。对于非常巨大和高能的世界,爱因斯坦的理论占据了主导地位。而对于很小的世界,是普朗克理论的天下,那就是量子世界。自然界中有一个常数告诉我们大概在什么尺度上,量子效应开始出现。它被称为普朗克常数。
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普朗克常数与另两个常数一起构成了自然界普遍适用的基石,一个是光速,另一个是引力常数,引力常数告诉我们物质之间如何通过引力互相吸引。
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一天,普朗克开始摆弄这些常数,他用它们构建出三样东西。第一个是质量单位,另一个是长度单位,再有一个是时间单位。
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质量单位是二十一微克,也就是一克的一百万分之二十一。它被称为普朗克质量。
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长度单位是一米的一万亿亿亿亿分之一。它被称为普朗克长度。
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时间单位是一秒的一百亿亿亿亿亿分之一。它被称为普朗克时间。
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它们对应的是什么?
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它们对应的是门槛,只要尺度低于这些门槛,引力与量子物理学就无法脱离对方单独适用。它们是我们需要量子引力理论来解释世界的门槛,虽然有时候量子引力效应在尚未到达这些门槛的物体上就已经显现出来。
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在现实中,它们又意味着什么呢?
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它意味着普朗克尺度给出了最小黑洞的尺寸极限。
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所以我们今天的科学所能想象的最小黑洞的质量大约为二十一微克。听起来很有趣,我们的意识还是能够把握和想象这个质量的,它听起来没有那么出奇。但要将它挤压到那么小的时空体积中——一个直径为一个普朗克长度的球体——就显得巨大了。这样一个黑洞的蒸发时间是……一百亿亿亿亿亿分之一秒,一个普朗克时间。
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就算我们能够测量这么微小尺度的物体在这么短暂的时间内所发生的事,我们还需要创造出一个普朗克质量的黑洞来研究它。但以我们现在的技术,一个强大到能通过高速粒子互相撞击而产生这样的黑洞的粒子加速器得有我们整个星系这么大。毫无疑问,这已经远远超出了我们的能力,而且我怀疑谁会有兴趣兴建这样的机器(大概除了霍金,显而易见的原因)。外太空或许能给我们带来慰藉,当它们辐射出自己最后的能量时,这种微小的黑洞或许能被探测到。但除非一些目前尚不明了的现象能恰巧告诉我们朝哪个方向看,看什么,不然那个能够直接观测到这种现象的人将需要无与伦比的运气。
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但是没有人怀疑霍金辐射的存在性。这意味着一个全新的现实在下面某处躲藏着:一个含有时间与空间本身的量子现实。
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你现在就将看到,因为这些,今天还健在的最出色的科学家们的脑中逐渐浮现出关于我们宇宙的最不同寻常的图景。
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极简宇宙史 第七部分 迈向已知世界之外的第一步
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第1章 回到起点
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你已经亲眼见证,我们的可见宇宙并非无限;而地球,更确切地说,你自己就是你可见宇宙的中心。这是一个实用上的事实,关键词是“可见”:从各个方向传来的光,带着遥远过去的信息到达你的眼睛,而每个方向都一样,使你的宇宙环境呈现球形。这并不意味着整个宇宙就是球状的,它只表示你所能看到的部分是球状的。今天你所能看到的最古老的光来自临界最后散射面,可见宇宙尽头的那道墙,出发于大约一百三十八亿年以前,当宇宙足够冷却、开始变得透明的时候。最后散射发生时的宇宙被普遍认为已经有了大约三十八万年历史,温度高达3000°C。在此之后,它膨胀并冷却,在此之前,它更小,更热。
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因此,可见宇宙是一个以地球为中心的球体,一个包含着所有能到达我们的过往的球体。我们的可见宇宙就像一个巨大的洋葱,有着由世代构成的层次,最外面的一层,我们可见过去的边缘,也就是能被观察到的最早历史时期,展现的是我们宇宙的光线第一次摆脱物质的束缚,能够自由移动的时刻。你到过那里,看见过它。你甚至还曾经穿过这个表面。但那里还有一些非常奇特的东西。那些非常非常奇特的东西,那个时候你可能没有注意到。
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你还记得那些接受了你价值十几亿美元的望远镜资助的朋友们在观察夜空时发现,不管在哪个方向,哪块夜空,充满我们宇宙的辐射基本上可以说都完全相同吗?这种辐射——宇宙微波背景辐射,是大爆炸理论的坚定支持者。它是证明我们的宇宙历史上曾经更小更热的铁证。但不管是你还是你的朋友都没有注意到这种辐射如此均匀,对于我们宇宙膨胀的模型来说,不应该如此单调不变。你现在会看到,正是这种极度均匀让科学家们引入了宇宙暴胀期这一概念,这个时期处于大爆炸发生之前——甚至就是它,在三十八万年前,宇宙尚未变得透明的时候触发了大爆炸。
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你马上就要看到,这铺平了一条道路,将我们引向一种可能性——我们的宇宙有过不止一个,而是无穷多个大爆炸。
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