1700921670
1700921671
第一个理由是,在宇宙创生时期发生了一次幸运到极点的量子涨落,从而让太阳系和银河系恰好可以形成。这是由2006年诺贝尔物理学奖得主约翰·马瑟和乔治·斯穆特发现的。给大家看看他们的照片,第一张是马瑟,第二张是斯穆特。这两个人中,斯穆特的经历更有趣。所以下面我就来讲讲他的故事。
1700921672
1700921673
1700921674
1700921675
1700921676
马瑟
1700921677
1700921678
1700921679
1700921680
1700921681
斯穆特
1700921682
1700921683
斯穆特这个人特别爱钱。美国福克斯电视台曾办过一个智力问答节目,名叫“你有五年级小学生聪明吗?”这个节目要求参赛者回答十道小学生课本里的问题,从一年级到五年级,每个年级各有两道。除此以外,还有一道终极问题。如果能答对所有的问题,参赛者就可以获得一百万美元的奖金;否则,他们就必须当众宣布:“我没有五年级小学生聪明。”斯穆特一听说这个比赛能挣那么多钱,立刻放下身段跑去参赛。当然,他后来一路过关斩将,赢得了一百万美元,证明了诺贝尔奖得主确实比一般的小学生聪明。
1700921684
1700921685
在获得诺贝尔奖之后,斯穆特被任命为美国劳伦斯伯克利国家实验室的主任。但他嫌自己的薪水太少,又跑到外面做了不少兼职。比如说,法国的巴黎第七大学、韩国的梨花女子大学和中国的香港科技大学就先后聘请他担任教授。这样一来,斯穆特每年做一份科研工作,却可以拿到四份薪水。
1700921686
1700921687
1700921688
1700921689
1700921690
由于每年都要到香港科技大学工作一两个月,斯穆特对中国的文化也有了一定的了解。去年,他在国内的朋友圈里刷了一回屏。斯穆特2016年初在一个最高端的诺贝尔奖得主大会上做报告时,用了我国热门电视剧《甄嬛传》里皇后的痛苦表情——“臣妾做不到啊!”很多网友纷纷表示,我们终于等到了中国名言走向世界的那一天!
1700921691
1700921692
说完了斯穆特的趣事,下面我们该谈谈为什么他能获得诺贝尔物理学奖了。上节课我们已经讲过,宇宙大爆炸留下的最重要的遗迹就是宇宙微波背景辐射。为了更深入地研究宇宙微波背景辐射的细节,马瑟和斯穆特制造了一颗名叫宇宙背景探测者(简称COBE)的卫星,并于1989年11月用一枚火箭把它送上了天。到了1992年,研究团队完成了对COBE卫星数据的分析。下页的图就是他们得到的结果。
1700921693
1700921694
小朋友们可以把这张图看成一幅宇宙地图。听起来有点奇怪,是吧?我来解释一下。大家应该都看过世界地图。世界地图看起来是个椭圆,但你要是把它卷起来,它就会变成地球的样子。这张图上同样是一个椭圆,你要是把这个椭圆也卷起来,它就会变成我们朝四面八方张望时所看到的整个天球。区别在于,世界地图显示的是地球上不同方位的陆地和海洋分布,而宇宙地图显示的是天球在不同方向上的温度和物质分布。大家可以看到,这张宇宙地图上有不少红色和蓝色的区域。红色的地方温度比较高,里面包含的物质也比较多,或者说物质密度比较大;蓝色的地方温度比较低,里面包含的物质也比较少,或者说物质密度比较小。这个现象到底是怎么形成的呢?
1700921695
1700921696
1700921697
1700921698
1700921699
其实在宇宙创生的那一刻,物质原本非常均匀地分布在宇宙中;换言之,任何地方的物质密度都一样大。后来,宇宙中发生了一个物理过程,叫作量子涨落。量子涨落的原理很复杂,但它的影响很简单,就是让物质的分布出现了一定的不均匀性,使有些地方(红色区域)的物质变得比较多,有些地方(蓝色区域)的物质变得比较少。需要强调的是,量子涨落可以使不均匀性变得非常大,也可以使它变得非常小。换句话说,量子涨落对物质分布不均匀性的影响完全是随机的。
1700921700
1700921701
COBE卫星所绘制的宇宙地图反映的正是这种物质分布在整个宇宙尺度上的不均匀性。这种不均匀的程度有多大呢?大概是十万分之一。也就是说,红色区域的物质密度比蓝色区域大了十万分之一。对人类而言,这个数字至关重要,一点都不能多,一点也不能少。如果多一点(例如万分之一),物质分布会过于密集,使宇宙中的大多数天体都变成黑洞;如果少一点(例如百万分之一),物质分布会过于稀疏,使宇宙中的大多数天体都无法形成。这意味着,理论上完全随机的量子涨落,它所导致的物质分布不均匀性必须恰好是十万分之一,否则银河系或太阳系就无法形成。换句话说,我们人类今天之所以能够存在,本质上源于宇宙创生时期发生的那次幸运到极点的量子涨落。
1700921702
1700921703
人类的好运气并非仅限于此。第二个理由是,一个发生在45亿年前的巧合事件让月球得以形成,进而把地球变成了一个生命的绿洲。
1700921704
1700921705
我们在第二讲中说过,一颗行星上要想产生生命,需要同时满足以下三个条件:第一,必须是一颗固体行星;第二,必须处于宜居带;第三,要有大气和磁场。这三个条件很苛刻,但地球全都完美地满足了:它的质量很合适,不大不小,所以能一直保持固体行星的状态;它所处的位置很合适,要是离太阳再远5%或再近15%,就会从宜居带里掉出去;它还有一个岩浆翻滚、异常活跃的内部,这让它可以形成大气层来保持温度,同时也能建立磁场来抵御危险的太阳辐射。尽管拥有这么多的有利条件,在形成之初,地球对生命而言依然是一个如地狱般恐怖的地方。
1700921706
1700921707
1700921708
1700921709
1700921710
听起来很难想象吧?我给你们解释一下。大家都知道,地球在绕太阳旋转的同时,本身也在自转,并且24小时就可以自转一圈。这就是为什么地球上的一天有24小时,而且在一天之内能看到白天和黑夜的交替。更重要的是,现在地球的自转比较稳定,不会东倒西歪;说得更科学一点,地球自转轴的倾斜角不会发生明显的变化。但在地球形成之初,一切都是不一样的。那时的地球就像是一个快要停转的陀螺,一直在摇摇摆摆。此外,那时的地球只用10小时就能自转一圈;也就是说,当时地球上的一天只有10小时。自转不稳定和自转速度过快造成了一个很严重的后果:那时地球内部的运动远比现在活跃,导致地震、海啸及火山爆发都远比现在剧烈和频繁。很多小朋友应该都看过一部好莱坞大片,叫《2012》,它说的就是由于地球内部运动发生变化,而使世界面临毁灭的故事。不过在《2012》中,地球内部的变化其实并不算太大。大家可以想象一下,如果地球内部变回它形成之初的样子,导致各种自然灾难都比《2012》中描述的还要可怕几万倍,那还有什么生命能在地球上生存?
1700921711
1700921712
估计有不少小朋友要问了:“以前的地球那么恐怖,为什么现在它又变好了呢?”答案是,45亿年前发生了一个特别偶然的事件,让地球拥有了一颗巨大的卫星——月球。一般来说,像月球这么大的卫星,是只有木星、土星这样的巨型气体行星才有资格拥有的奢侈品。地球拥有这么大的卫星,就像是普通工薪族拥有一艘豪华游艇一样,是非常奇怪的事。月球的引力起到了船锚的作用,使地球的自转最终稳定下来。月球是怎么形成的?科学家提出了很多理论。目前最受学术界认可的是撞击说,它是由哈佛大学教授雷金纳德·戴利在20世纪40年代提出的。
1700921713
1700921714
戴利是一个很擅长跨界的人。他本人并不是天文学家,而是一位地理学家。或许正是因为如此,他对其他跨界的人也特别包容,很早就公开支持一位叫阿尔弗雷德·魏格纳的气象学家所提出的地质学理论。这个地质学理论就是我们今天熟知的“大陆漂移学说”。
1700921715
1700921716
该理论认为,地球上所有的大陆原本都连在一起,后来分裂成了好几块,然后漂移到现在的位置。不过在那个年代,“大陆漂移学说”还被视为异端邪说,受到了整个地质学界的群嘲。作为这个理论的支持者,戴利也跟着躺枪,被骂了个狗血淋头。
1700921717
1700921718
尽管被骂得很惨,戴利还是静下心来,思考一个连魏格纳也没有想过的问题:为什么地球上的各个大陆会发生漂移?戴利认为,一定是在地球形成初期发生了一个异乎寻常的事件,才能打碎整块大陆,让其碎片都运动起来。据此,他提出了一个堪称惊世骇俗的理论。
1700921719
[
上一页 ]
[ :1.70092167e+09 ]
[
下一页 ]