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betway必威官网手机版:在宇宙学中无法探讨的问

来源:http://www.abirdfarm.com 作者:betway必威官网手机版 时间:2019-06-27 23:02

原标题:你还觉得哲学无用?在宇宙学中无法探讨的问题 哲学竟能提供洞见

全息宇宙论——宇宙既没有“诞生”之日,也没有终结之时,而就是在一次又一次的大爆炸中进行运动,循环往复,以至无穷的。 至于“宇宙无始无终”的新论是否正确,科学家认为,过几年国际天文学界可望对此做出验证。

《自然》:纯理论研究脱离实验验证将危及科学

为什么宇宙充满了黑洞、行星、气体云和恒星?几千年以来,人类一直都在观察那些恒星,更想知道我们所处的这个宇宙到底是如何形成的。只是人类的探索,在很长一段时间里都没有取得进展,直到第一次世界大战之后,科学家们才开发出了第一批理论工具和观测工具。这些问题可以精确地归纳到一个研究领域,那就是宇宙学。

为什么宇宙充满了黑洞、行星、气体云和恒星?几千年以来,人类一直都在观察那些恒星,更想知道我们所处的这个宇宙到底是如何形成的。只是人类的探索,在很长一段时间里都没有取得进展,直到第一次世界大战之后,科学家们才开发出了第一批理论工具和观测工具。这些问题可以精确地归纳到一个研究领域,那就是宇宙学。

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betway必威官网手机版 3图片来源:《自然》

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-布丽姬·法尔克是挪威奥斯陆大学理论天体物理研究所的博士后研究员。

有些宇宙学家认为,暴涨模型最彻底的改革也许是观测宇宙中所有的物质和能量从无中产生的观点,这种观点之所以在以前不能为人们接受,是因为存在着许多守恒定律,特别是重子数守恒和能量守恒。

2014年,物理学界的讨论转了令人担忧的一圈。其中,面临的难题是把基础理论应用到所观察的宇宙中。一些研究人员呼吁应就如何开展理论物理研究作出改变。他们公开争辩称,如果一项理论足够经典和具有说服力,就不必经过实证验证。这打破了几个世纪以来哲学传统把科学知识定义为“实证验证”的做法。

最古老的人类兴趣科目之一

最古老的人类兴趣科目之一

天体物理学界和宇宙学界中憎恨哲学的人到底是怎么回事?从已故的斯蒂芬·霍金(Stephen Hawking)宣称“哲学已死”,到史蒂芬·温伯格(Steven Weinberg)在1992年出版的《终极理论之梦》(Dreams of a Final Theory)中对哲学的长篇悲观论调《反对哲学》(Against Philosophy),许多物理学家和天体物理学家都认为哲学毫无用处,至少对科学毫无用处。与此同时,霍金和他的合著者Leonard Mlodinow在《大设计》(2010)中提出了一种科学探索的方法,称为“依赖模型的唯实论”,而温伯格的书激烈地且哲学地反对逻辑实证主义和形而上学。如果它毫无用处,那么为什么霍金和温伯格——以及尼尔·德格拉斯·泰森、劳伦斯·克劳斯等其他反哲学的人——会如此频繁地参与哲学讨论呢?

但随着大统一全息理论的发展,重子数有可能是不守恒的,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零。因此就不存在已知的守恒律阻止观测宇宙从无中演化出来的问题。这种“无中生有”的观点在哲学上包括两个方面:①本体论方面。如果认为“无”是绝对的虚无,则是错误的。这不仅违反了人类已知的科学实践,而且也违反了暴涨模型本身。按照该模型,我们所研究的观测宇宙仅仅是整个暴涨区域的很小的一部分,在观测宇宙之外并不是绝对的“无”。

对此,南非开普敦大学应用数学名誉教授George Ellis 和法国巴黎天体物理研究所及美国马里兰州巴尔迪摩约翰斯·霍普金斯大学物理学教授Joe Silk,近日在《自然》杂志上发表了联名撰写的文章。他们表示,正如科学哲学大师卡尔·波普尔所言:理论只有经过检验才能成为科学。

保罗斯坦哈特是普林斯顿大学的宇宙学家,研究时间是否有了开端,他表示:宇宙论是人类最古老的兴趣科目之一,与此同时,也是最新科学之一。简单的表述,宇宙学其实就是将宇宙研究看作一个实体,而不是分别去分析黑洞、恒星和填充星系的星系。

保罗斯坦哈特是普林斯顿大学的宇宙学家,研究时间是否有了开端,他表示:宇宙论是人类最古老的兴趣科目之一,与此同时,也是最新科学之一。简单的表述,宇宙学其实就是将宇宙研究看作一个实体,而不是分别去分析黑洞、恒星和填充星系的星系。

不管那些仇恨者怎么想,所有的科学领域都面临着在科学内无法回答的问题。每当科学家检验一个检验理论的最佳方法,或想知道科学模型如何与现实相联系的时候,他们就是在研究哲学。但处于对整个存在的研究的独特地位,宇宙学尤其充满了哲学的困惑和立场。

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弦理论

在这个领域有很多比较庞大的问题,比如:宇宙来自哪里?为什么宇宙会有恒星、星系团和星系?宇宙接下来又会发生什么?纽约大学粒子物理学家格伦尼斯法拉尔说:宇宙学的本质,其实就是试图对其进行大规模的描绘。

在这个领域有很多比较庞大的问题,比如:宇宙来自哪里?为什么宇宙会有恒星、星系团和星系?宇宙接下来又会发生什么?纽约大学粒子物理学家格伦尼斯法拉尔说:宇宙学的本质,其实就是试图对其进行大规模的描绘。

但其实有一种哲学信仰隐藏在宇宙学的核心。宇宙学原理指出,在大尺度上,宇宙是同类的(在所有位置看起来都一样)和各向同性的(在所有方向看起来都一样)。例如,从海洋中央的一艘船看到的景象是各向同性的,但是,当看到陆地时,从各个方向看到的景象是不一样的。海洋表面本身可能是同类的,直到你靠近海岸。

现在观测宇宙的物质是从假真空状态释放出来的能量转化而来的,这种真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式,并不是创生于绝对的“无”。如果进一步说这种真空能起源于“无”,因而整个观测宇宙归根到底起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。②认识论和方法论方面。暴涨模型所涉及的宇宙概念是自然科学的宇宙概念。这个宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。

弦理论阐述了极其微小的线状“弦”与膜如何存在于更高维的空间中。这成为所有物理学的基础。不过,更高的维度缠绕得如此紧密且如此微小,以至于几乎用未来任何粒子探测器通过碰撞获得的能量也难以观测到。

在宇宙学这门学科中,总是有很多具有争议的现象,不管是真空中的粒子,还是空间和时间的结构,在很多领域,宇宙学都有其自身强大的吸引力,这其中就包括天文学、天体物理学,以及越来越多的粒子物理学。宇宙学的内容,有一部分在物理学中,有一部分在天体物理学中,甚至有的部分还会来回徘徊,这便是让科学家们兴奋的那部分存在。

在宇宙学这门学科中,总是有很多具有争议的现象,不管是真空中的粒子,还是空间和时间的结构,在很多领域,宇宙学都有其自身强大的吸引力,这其中就包括天文学、天体物理学,以及越来越多的粒子物理学。宇宙学的内容,有一部分在物理学中,有一部分在天体物理学中,甚至有的部分还会来回徘徊,这便是让科学家们兴奋的那部分存在。

宇宙学原理对于我们理解宇宙是如何从一个均匀的、炽热的等离子体,膨胀到冷却,形成了我们现在可以通过望远镜看到的错综复杂的宇宙网来说至关重要。为了假定所有地方都具是同类性和各向同性的,人们必须首先将不重要的、较小的差异平均起来,比如整个行星,甚至整个星系。因此,宇宙学原理是一个统计学原理:只有当你把它应用到足够大的尺度上,它才成立。

暴涨模型把传统的大爆炸宇宙学与大统一理论结合起来,认为观测宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,应研究它们的起源。它把“无”作为一种未知的物质和能量形式,把“无”和“有”作为一对逻辑范畴,探讨我们的宇宙如何从“无”——未知的物质和能量形式,转化为“有”——已知的物质和能量形式,这在认识论和方法论上有一定意义。

部分弦理论在理论上可以得到实验验证。比如,弦理论的核心即费米子与玻色子之间的假设对称——超对称——推测认为,每种粒子都有一个未观测到的搭档。然而,目前瑞士日内瓦欧洲粒子物理实验室欧洲核子中心的大型强子对撞机尚未发现这样的搭档粒子。LHC可以限制超对称性可能存在的能量范围。

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但即便如此,这可能也不是真的。宇宙不一定是均匀的;如果宇宙学原理不成立,那么爱因斯坦的引力理论也照样成立,而且引力会导致结构随着时间的推移而增长,从而夸大了微小的初始差异。(这些最初的区别是来自于虚拟粒子的“量子涨落”还是其他更奇怪的东西?或者是更奇怪的理论?这个问题还没有得到解决。)

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理论学家和哲学家Richard Dawid认为,弦理论的精确性可以通过对研究过程的哲学和概率讨论来建立。通过引用贝叶斯的分析,即用来推断一种解释与一组事实相吻合的可能性的统计学方法,Dawid认为,概率增加的确定等同于一个理论是真实的或是可行的。但是这种概率的增加可能完全是理论上的。因为“没有人发现更好的选择办法”,而且“没有选择性的理论往往在过去是可行的”,他推理认为,弦理论应被纳入有效范畴。

恒星和星系领域的主要参与者

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因此,科学家们在接受方面上犹豫不决。宇宙学原理是我们如何描述宇宙演化的基础,但到目前为止我们还不能证明它一定是真的。试图测量宇宙是同类的——或者在什么尺度上变得同类的尝试得到了混合的结果。但是宇宙的各向同性确实已经被观察到:在宇宙大爆炸后几十万年从宇宙的任何地方发射出来的宇宙微波背景辐射,是各向同性的10万分之一。类似地,我们的船在海洋中可能会看到微小的差异,比如小波浪,但视图基本上是各向同性的。

宇宙是如何起源的?空间和时间的本质是什么?这是从2000多年前的古代哲学家到现代天文学家一直都在苦苦思索的问题。经过了哥白尼、赫歇尔、哈勃的从太阳系、银河系、河外星系的探索宇宙三部曲,宇宙学已经不再是幽深玄奥的抽象哲学思辩,而是建立在天文观测和物理实验基础上的一门现代科学。

Ellis 和Silk认为,这是在改变规则。Dawid不相信当观测证据出现后会逐渐支持科学理论,而是认为理论发现支撑着观点,从数学逻辑推理而来的结论没有必要适用于真实世界。然而,从宇宙学稳态理论到粒子物理学的大统一理论,实验已经证明很多美丽和单纯的理论是错误的。关于这个世界的先入为主的观点可以不经过既定事实来推论的想法,已经被波普尔和其他21世纪的哲学家推翻。

宇宙学领域的跨学科性质并不是一件坏事,反而会更加有助于解释其本身相对较晚的开始。之前有爱因斯坦的广义相对论,后来有现代宇宙画面,将重力描述为时间和空间弯曲的结果的数学框架。至少在你了解引力的本质之前,可能是无法理解为什么这件事会是这样的。

宇宙学领域的跨学科性质并不是一件坏事,反而会更加有助于解释其本身相对较晚的开始。之前有爱因斯坦的广义相对论,后来有现代宇宙画面,将重力描述为时间和空间弯曲的结果的数学框架。至少在你了解引力的本质之前,可能是无法理解为什么这件事会是这样的。

而现在在没有同类性的情况下,是可以得到各向同性。在物质的球形分布中心的观察者看来,事物在各个方向上看起来都是一样的,但这样的分布不一定是均匀的。然而,许多宇宙学家满足于相信在某种范围上存在着同类性,无论它是否被测量过——因为在非经验的哲学原理的帮助下,同类性从逻辑上遵循各向同性。

爱因斯坦说过“不存在没有物质的能量,也不存在没有能量的物质。”而在“真空”环境中压力还是存在着的,也就是说“真空”中也存在着物质,而且它们粒子结构更为基本,密度更大,光的波粒二象性也正是因为穿透不了这些粒子做的绕粒子运动,我们的宇宙也正是因为这些粒子场交织在一起所形成,它们之间并不直接影响而是带动对它们产生阻力的物质运动,就像水流带动气泡一样,所以称它们为“粒子暗流”。

科学家不知道是否存在其他可供选择的理论,或许至今尚未发现它们,或许这些前提都是错误的。如果引力—— 一种时空曲率的影响不同于控制粒子的强作用力、弱作用力与电磁力,可能就不需要四种基本作用力与粒子的总体理论。由于存在如此多的变量,弦理论的定义到今天为止甚至尚未明确:在Ellis 和Silk看来,弦理论主张的可能存在一种统一理论的看法是一张不知是否可以兑现的期票。

重力是恒星、行星、星系领域的主要参与者,虽然其他力量对粒子也有很大的影响。在这个领域中,艾萨克牛顿对引力的描述便会经常起到作用。只是衡量事件的时候,它会将空间和时间都视为一种严格且不变的背景。通过爱因斯坦的研究,说明了空间本身是具有收缩和拓展能力的,可以实现让宇宙从一个阶段到另一个阶段的转移,并且还能作为一个动态的研究对象。

重力是恒星、行星、星系领域的主要参与者,虽然其他力量对粒子也有很大的影响。在这个领域中,艾萨克牛顿对引力的描述便会经常起到作用。只是衡量事件的时候,它会将空间和时间都视为一种严格且不变的背景。通过爱因斯坦的研究,说明了空间本身是具有收缩和拓展能力的,可以实现让宇宙从一个阶段到另一个阶段的转移,并且还能作为一个动态的研究对象。

这就是众所周知的哥白尼原理,它指出没有特权观察者,我们在宇宙中并不是一个特殊的地方,而中心当然是一个非常特殊的地方。根据这一原理,宇宙必须是各向同性的,并且从所有有利的角度来看都是,而不仅仅是我们的角度,为了实现这一点,宇宙也必须是同类的。如果每一艘船都能看到各向同性的景象,那么就一定没有能让一切看起来不同的陆地,所以海洋在每个地点都肯定是相同的。

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多元宇宙论

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哥白尼原理在宇宙学中已经被彻底接受了,以至于许多科学家把它和宇宙学原理混淆了,或者仅仅把它当作成为一个给定的东西,这种情况甚至出现在教科书中。平心而论,宇宙学原理可以被看作是哥白尼理论的一个更普遍的版本——因为在一个同类的、各向同性的宇宙中,没有特权的观察者或者特殊的地方。然而,宇宙学原理可以被明确地检验,而哥白尼原理采用了一种宇宙是怎样的,而不依赖于经验数据的信仰。这也是一个非常现代的概念;在人类历史的大部分时间里,人们也毫无疑问地相信地球是万物的中心。

恒星诞生区

多元宇宙理论主张,存在着数十亿个看不见的姊妹宇宙空间,在那里这些常量所有可能的值都会发生。因此,无论多么难以置信,在某个地方,存在着和我们生存的宇宙空间类似的友好宇宙空间。

关于宇宙学的认知一直在更新

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这些观点在宇宙学中的意义,只是这门学科依赖于哲学论证的其中一种方式。就像天文学研究天体一样,宇宙学只能通过观察而不是实验来验证它的理论。我们不能在整个宇宙上做实验,就像我们不能在实验室里引爆一颗恒星一样(即使我们可以在实验室里引爆一颗恒星,但我们也应该采取我们不应该在实验室里引爆的哲学立场)。尽管天文学家们正在建造望远镜来观测数百万个星系或10亿颗恒星,但宇宙只有一个(或者,如果你必须要这么想的话,也只有一个多元宇宙)。此外,我们被困在它的一个有利位置上,只能观察到宇宙的有限(虽然非常大)体积。这些局限性意味着哲学的选择将在建立和检验宇宙学理论中发挥作用。

目前学术界影响较大的“大爆炸宇宙论”是1927年由比利时数学家勒梅特提出的,他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里,在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片,形成了今天的宇宙。1948年,俄裔美籍物理学家伽莫夫等人,又详细勾画出宇宙由一个致密炽热的奇点于150亿年前一次大爆炸后,经一系列元素演化到最后形成星球、星系的整个膨胀演化过程的图像。但是该理论存在许多使人迷惑之处。

一些物理学家认为,作为许多其他奇怪耦合现象的一种解释,多元宇宙论没有更复杂的对手了。比如,宇宙学常数的低值就很难被解释,该值为120量级,比量子场论预测的值还低10个量级。

天文学家埃德温·哈勃,早在20年代中期,便在建造的100英寸胡克望远镜上进行了观测。这一系列的探索,目的旨在解决天文学家们关于某些太空云的位置争议。哈勃证明了这些是与我们银河系相似的巨大遥远星团,而并非小型的局部云,并且数量达到了数万亿的量级。在当时,它们被称为“岛屿宇宙”,也就是我们今天所说的星系。

天文学家埃德温·哈勃,早在20年代中期,便在建造的100英寸胡克望远镜上进行了观测。这一系列的探索,目的旨在解决天文学家们关于某些太空云的位置争议。哈勃证明了这些是与我们银河系相似的巨大遥远星团,而并非小型的局部云,并且数量达到了数万亿的量级。在当时,它们被称为“岛屿宇宙”,也就是我们今天所说的星系。

除了方法的问题,宇宙论的内容还提出了关于存在本质的哲学问题。宇宙学用最基本的方法来探究宇宙的开端。宇宙是从大爆炸的初始奇点开始的吗?时间本身呢?(这个问题有意义吗?)或者奇点——一些局部无限的点,比如黑洞——是否意味着我们的理论存在问题?也许我们应该更喜欢周期性的宇宙理论,在这种理论中,大爆炸发生之前,一些过去的宇宙已经消亡,而我们自己的宇宙就是在这些过去的宇宙的消亡中诞生的。如果不可能重现早期宇宙的条件——如果这些高能量是我们能够想象出来(先不说能不能造出来)的粒子加速器都无法企及的话——那我们该如何着手解决这些难题呢?

宏观宇宙是相对无限延伸的。“大爆炸宇宙论”关于宇宙当初仅仅是一个点,而它周围却是一片空白,即将人类至今还不能确定范围也无法计算质量的宇宙压缩在一个极小空间内的假设只是一种臆测。况且从能量与质量的正比关系考虑,一个小点无缘无故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量从何而来呢?

2014年早些时候,倡导多元宇宙和多元世界假说的宇宙学家Sean Carroll认为,波普尔的证伪标准是“迟钝的工具”。他提出了其他两个条件:科学理论应该是“确切的”“实证的”。所谓确切性,是指理论阐述的是关于现实如何发挥作用的清晰与明确的观点;所谓实证性,Carroll同意习惯的定义,即一项理论应该通过其解释数据的能力来判断真假。

哈勃在20世纪20年代后期的工作中,还表示各个星系都在远离我们,宇宙视野中最大的动荡还没有到来,这引发了科学家们数十年的进一步争论。直到20世纪60年代,CMB的最终测量,证明了广义相对论和显示所提出的可能性之一相符:宇宙从小而热,变得越来越大,即大爆炸理论。这个概念使宇宙学家们感到不安,因为这可能暗示着宇宙可能有开始和结束。

哈勃在20世纪20年代后期的工作中,还表示各个星系都在远离我们,宇宙视野中最大的动荡还没有到来,这引发了科学家们数十年的进一步争论。直到20世纪60年代,CMB的最终测量,证明了广义相对论和显示所提出的可能性之一相符:宇宙从小而热,变得越来越大,即大爆炸理论。这个概念使宇宙学家们感到不安,因为这可能暗示着宇宙可能有开始和结束。

betway必威官网手机版,思考或回答这些问题不一定是宇宙学家的工作,就像提出“万物理论”不是科学哲学家的工作一样。但是宇宙学家可能会从与他们的哲学同行更和谐的合作中获益。有如此多的科学家执着于波普里亚证伪等理论,以及粒子物理学家和宇宙学家在多元宇宙的人为推理中艰难前行,我们肯定需要一些帮助。越来越多的宇宙论倡议可能是一个迹象,表明前景正在改善,尽管仍然有讨厌哲学的人。宇宙学原理的例子提醒我们,无论我们是否意识到,宇宙学中处处充满了哲学的选择。返回搜狐,查看更多

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他争论称,在宇宙后院不可到达的地方可能拥有“惊人的效果”,解释了科学家可以看到的一部分,即宇宙常数为何如此小。这个理论有很多可以调整的变量,所有可能的宇宙学参数组合都可能存在于某个地方。其他理论,如幺模引力——爱因斯坦广义相对论的一个修正版本,也可以解释为什么宇宙常数并不大。

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人类把地球绕太阳转一圈确定为衡量时间的标准——年。但宇宙中所有天体的运动速度都是不同的,在宇宙范围,时间没有衡量标准。譬如地球上东西南北的方向概念在宇宙范围就没有任何意义。既然年的概念对宇宙而言并不存在,大爆炸宇宙论又如何用年的概念去推算宇宙的确切年龄呢?

一些人发明了可被检验的多元宇宙理论:如果宇宙负空间曲率被证实,物理学家李奥纳特·苏士侃的多元宇宙版本就可以被证伪。但是这些发现对于其他一些版本的多元宇宙论而言却不能证明任何事情。基本上,多元宇宙的解释依赖于弦理论,而后者也尚未得到证实;同时也依赖于在不同的姊妹宇宙中实现不同物理现象的推测机制。Ellis和Silk认为,该推测机制本身并不那么充分,更不要说实验验证了。

我们可以观测到的宇宙物体,在宇宙中的占比仅为5%,即使天文学家们可以通过望远镜观测到星系的运动。宇宙中最具震撼的变化之一,其实还是绝大多数东西都是由其他物质构成,只是我们目前还没有办法看到它们。从20世纪70年代开始,有了宇宙另外95%的第一个居民,被称为“黑暗部门”。

我们可以观测到的宇宙物体,在宇宙中的占比仅为5%,即使天文学家们可以通过望远镜观测到星系的运动。宇宙中最具震撼的变化之一,其实还是绝大多数东西都是由其他物质构成,只是我们目前还没有办法看到它们。从20世纪70年代开始,有了宇宙另外95%的第一个居民,被称为“黑暗部门”。

1929年,美国天文学家哈勃提出了星系的红移量与星系间的距离成正比的哈勃定律,并推导出星系都在互相远离的宇宙膨胀说。哈勃定律只是说明了距离地球越远的星系运动速度越快--星系红移量与星系距离呈正比关系。但他没能发现很重要的另一点--星系红移量与星系质量也呈正比关系。

物理学家休·埃弗莱特提出的量子世界的多元世界理论是终极量子多元宇宙。在这个世界中,量子可能会影响宏观世界。根据埃弗莱特的观点,薛定谔的每只著名的猫——死的与活的,药死的或是通过随机放射性衰变而不在关闭的箱子中的——在其所处的世界中都是真实的。每次当你作选择的时候,甚至是稀松平常的选择向左或向右,一个选择性的量子真空宇宙都会冒出来,并适应另一个行动。

而后通过哈勃太空望远镜,科学家们发现了意想不到的各种能量的迹象。5%的可见物质、25%的暗物质,那剩下70%的宇宙被“暗能量”占据。它可能本身就拥有一种固有的能量,可以推动宇宙的分离,而不仅仅是通过引力将宇宙吸收到了一起。从物质主导到新能源主导的地方,我们处于宇宙历史的转折点。或许,暗物质决定了我们的过去,而黑暗能量却将决定我们的未来。

而后通过哈勃太空望远镜,科学家们发现了意想不到的各种能量的迹象。5%的可见物质、25%的暗物质,那剩下70%的宇宙被“暗能量”占据。它可能本身就拥有一种固有的能量,可以推动宇宙的分离,而不仅仅是通过引力将宇宙吸收到了一起。从物质主导到新能源主导的地方,我们处于宇宙历史的转折点。或许,暗物质决定了我们的过去,而黑暗能量却将决定我们的未来。

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而在Ellis和Silk看来,宇宙学家应该留心数学家大卫·希尔伯特的警示:尽管无限需要完整的数学,但它并不存在于物质世界中。

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宇宙中星系间距离非常非常遥远,光线传播因空间物质的吸收、阻挡会逐渐减弱,那些运动速度越快的星系就是质量越大的星系。质量大,能量辐射就强,因此我们观察到的红移量极大的星系,当然是质量极大的星系。这就是被称作“类星体”的遥远星系因质量巨大而红移量巨大的原因。另外那些质量小、能量辐射弱的星系(除极少数距银河系很近的星系,如大、小麦哲伦星系外)则很难观察到,于是我们现在看到的星系大多呈红移。而银河系内的恒星由于距地球近,大小恒星都能看到,所以恒星的红移紫移数量大致相等。

是否需要验证

现代和未来的宇宙论需跨学科竞赛

现代和未来的宇宙论需跨学科竞赛

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betway必威官网手机版:在宇宙学中无法探讨的问题,宇宙起源核心。Ellis和Silk赞同理论物理学家Sabine Hossenfelder的观点:后经验科学是个矛盾。一些理论如量子机制和相对论最后被证明站得住脚,是因为它们的推测经受了检验。然而,无数历史案例已经表明,由于缺乏足够数据,一些经典和具有吸引力的想法使研究人员误入歧途,从古希腊天文学家、地理学家托勒密的宇宙地心说,到英国物理学家、数学家开尔文关于原子的“涡流理论”,再到英国天文学家弗雷德·霍伊尔的永恒的稳态宇宙说皆是如此。

Lambda-CDM模型,有时候也被称为宇宙学的标准模型,也被视为当前宇宙学的最高成就,将那些所有具有里程碑意义的发现打包在了一起。从第一秒开始,这一组方程就描述了宇宙。这个模型中,假设了冷暗物质和一定量的暗能量(λ,用于广义相对论中的表示),并且对宇宙的形状、可见物质的量和其他特征进行了类似的推测,这一切都通过实验观察和确定。

Lambda-CDM模型,有时候也被称为宇宙学的标准模型,也被视为当前宇宙学的最高成就,将那些所有具有里程碑意义的发现打包在了一起。从第一秒开始,这一组方程就描述了宇宙。这个模型中,假设了冷暗物质和一定量的暗能量(λ,用于广义相对论中的表示),并且对宇宙的形状、可见物质的量和其他特征进行了类似的推测,这一切都通过实验观察和确定。

导致星系红移多紫移少的另一原因是:宇宙中的物质结构都是在一定范围内围绕一个中心按圆形轨迹运动的,不是像大爆炸宇宙论描述的从一个中心向四周作放射状的直线运动。因此,从地球看到的紫移星系范围很窄,数量极少,只能是与银河系同一方向运动的,前方比银河系小的星系;后方比银河系大的星系。只有将来研制出更高分辨程度的天文观测仪器才能看到更多的紫移星系。

他们指出,过于宣扬某些理论的重要性会造成影响深远的后果——让科学方法处于危险之中。宣扬某个理论已经完美到其存在不需要任何数据和检验,会在应该如何做科学的问题上冒误导学生和公众的风险,还可能会给伪科学家大开方便之门,说他们的想法也符合类似条件。

宇宙学家们得到了一张快照,当要将其对宇宙描述更深入的推向过去和未来的时候,可以测量的一切都达到了一定程度,这个模型代表了所要击败的目标。但它需要解决的问题仍然很多。在研究宇宙当前的扩张时,宇宙学家们中会得到相互矛盾的结果,这是因为有不同的取决点,区别是从CMB推断得出,还是直接在附近的星系中测量它而获得。在这个模型中,没有对暗物质或者能量的构成进行说明。

宇宙学家们得到了一张快照,当要将其对宇宙描述更深入的推向过去和未来的时候,可以测量的一切都达到了一定程度,这个模型代表了所要击败的目标。但它需要解决的问题仍然很多。在研究宇宙当前的扩张时,宇宙学家们中会得到相互矛盾的结果,这是因为有不同的取决点,区别是从CMB推断得出,还是直接在附近的星系中测量它而获得。在这个模型中,没有对暗物质或者能量的构成进行说明。

宇宙中的物质分布出现不平衡时,局部物质结构会不断发生膨胀和收缩变化,但宇宙整体结构相对平衡的状态不会改变。仅凭从地球角度观测到的部分可见星系与地球之间距离的远近变化,不能说明宇宙整体是在膨胀或收缩。就像地球上的海洋受引力作用不断此涨彼消的潮汐现象并不说明海水总量是在增加或减少一样。

应该怎么做呢?物理学家、哲学家和其他领域的科学家应该锤炼出能应对现代物理学范围的科学方法的新表述。Ellis和Silk认为,事情可以归结为可阐明一个问题:有哪些潜在的观察或实验证据让你相信一个理论是错误的并让你放弃它?如果没有这些证据,那么它就不是一项科学的理论。

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这个问题必须通过正式的哲学术语来表述。在Ellis和Silk看来,2015年应该召开会议从而就此迈出第一步。关于可验证性辩论的双方科学家都应该参与。

通货膨胀,解释了短时扩张如何将当今星系的大规模不均性的微小原始变化,以及Lambda-CDM投入如何得到它们的价值。但是,并没有人清楚它在什么可能的情况下停止。并且,在许多太空区域还继续存在着通货膨胀,我们的宇宙只包含每一种可能的物理实现的“多元宇宙”的一部反,这个想法让学多人都感到不安。

通货膨胀,解释了短时扩张如何将当今星系的大规模不均性的微小原始变化,以及Lambda-CDM投入如何得到它们的价值。但是,并没有人清楚它在什么可能的情况下停止。并且,在许多太空区域还继续存在着通货膨胀,我们的宇宙只包含每一种可能的物理实现的“多元宇宙”的一部反,这个想法让学多人都感到不安。

1994年,美国卡内基研究所的弗里德曼等人,用估计宇宙膨胀速率的办法计算宇宙年龄时,得出一个80~120亿年的年龄计算值。然而根据对恒星光谱的分析,宇宙中最古老的恒星年龄为140~160亿年。恒星的年龄倒比宇宙的年龄大。

更多阅读

宇宙学家们希望通过哈勃望远镜,以及即将推出的“詹姆斯韦伯太空望远镜”等天基望远镜进行精确测量,从而取得这些问题的进展。在新兴的引力波天文学领域,也进行了相关实验。宇宙学家们将和粒子物理学家、天体物理学家一起参与到这场学科竞赛中,以探测暗物质的粒子。

宇宙学家们希望通过哈勃望远镜,以及即将推出的“詹姆斯韦伯太空望远镜”等天基望远镜进行精确测量,从而取得这些问题的进展。在新兴的引力波天文学领域,也进行了相关实验。宇宙学家们将和粒子物理学家、天体物理学家一起参与到这场学科竞赛中,以探测暗物质的粒子。

1964年,美国工程师彭齐亚斯和威尔逊探测到的微波背景辐射,是因为布满宇宙空间的各种物质相互之间能量传递产生的效果。宇宙中的物质辐射是时刻存在的,3K或5K的温度值也只是人类根据自己判断设计的一种衡量标准。这种能量辐射现象只能说明宇宙中的物质由于引力作用,在大尺度空间整体分布的相对均匀性和星际空间里确实存在大量我们目前还观测不到的“暗物质”。

《自然》相关报道

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在其他领域更加完整之前,宇宙学无法完成对宇宙历史的揭示。我们必须解决所有问题,才能解答那个终极问题。所有能量级和各种条件下的物理定律,任何一个变化都可能从根本上改变宇宙论的故事。人类已经掌握了宇宙复杂性的奇迹,虽然并不知道这是否会发生,至少有些人的大脑,已经发展到可以明显回答这些问题的程度。

在其他领域更加完整之前,宇宙学无法完成对宇宙历史的揭示。我们必须解决所有问题,才能解答那个终极问题。所有能量级和各种条件下的物理定律,任何一个变化都可能从根本上改变宇宙论的故事。人类已经掌握了宇宙复杂性的奇迹,虽然并不知道这是否会发生,至少有些人的大脑,已经发展到可以明显回答这些问题的程度。

至于大爆炸宇宙论中的氦丰度问题,氦元素原本就是宇宙中存在的仅次于氢元素的数量极丰富的原子结构,它在空间的百分比含量和其它元素的百分比含量同样都属于物质结构分布规律中很平常的物理现象。在宇宙大尺度范围中,不仅氦元素的丰度相似,其余的氢、氧……元素的丰度也都是相似的。而且,各种元素是随不同的温度、环境而不断互相变换的,并不是始终保持一副面孔,所以微波背景辐射和氦丰度与宇宙的起源之间看不出有任何必然的联系。

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大爆炸宇宙论面临的难题还有,如果宇宙无限膨胀下去,最后的结局如何呢?德国物理学家克劳修斯指出,能量从非均匀分布到均匀分布的那种变化过程,适用于宇宙间的一切能量形式和一切事件,在任何给定物体中有一个基于其总能量与温度之比的物理量,他把这个物理量取名为“熵”,孤立系统中的“熵”永远趋于增大。但在宇宙中总会有高“熵”和低“熵”的区域,不可能出现绝对均匀的状态。所以,那种认为由于“熵”水平的不断升高而达到最大值时,宇宙就会进入一片死寂的永恒状态,最终“热寂”而亡的结局,是把我们现在可观测到的一部分宇宙范围当作整个宇宙的误识。

根据天文观测资料和物理理论描述宇宙的具体形态,星系的形态特征对研究宇宙结构至关重要,从星系的运动规律可以推断整个宇宙的结构形态。而星系共有的圆形旋涡结构就是整个宇宙的缩影,那些椭圆、棒旋等不同的星系形态只是因为星系年龄和观测角度不同而产生的视觉效果。

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奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物质运动形式。这种螺旋现象对于认识宇宙形态有着重要的启迪作用,大至旋涡星系,小至DNA分子,都是在这种螺旋线中产生。大自然并不认可笔直的形式,自然界所有物质的基本结构都是曲线运动方式的圆环形状。从原子、分子到星球、星系直到星系团、超星系团无一例外,毋庸置疑,浩瀚的宇宙就是一个大旋涡。因此,确立一个“螺旋运动形态宇宙模型”,比那种作为所有物质总和的“宇宙”却脱离曲线运动模式而独辟蹊径,以直线运动方式从一个中心向四面八方无限伸展的“大爆炸宇宙模型”,更能体现真实的宇宙结构形态。

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一种广为认可的宇宙演化理论。其要点是,宇宙是从温度和密度都极高的状态中由一次“大爆炸”产生的。时间至少发生在100亿年前。这种模型基于两个假设:第一是爱因斯坦提出的,能正确描述宇宙物质的引力作用的广义相对论;第二是所谓宇宙学原理,即宇宙中的观测者所看到的事物既同观测的方向无关也同所处的位置无关。这个原理只适用于宇宙的大尺度上,而它也意味着宇宙是无边的。因此,宇宙的大爆炸源不是发生在空间的某一点,而是发生在同一时间的整个空间内。

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大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:

理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。

观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。

在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明。

有这两个假设,就能计算出宇宙从某一确定时间起始的历史,而在此之前,何种物理规律在起作用至今还不清楚。宇宙从那时起迅速膨胀,使密度和温度从原来极高的状态降下来,紧接着,预示质子衰变的一些过程也使物质的数量远超过反物质,如同我们今天所看到的一样。

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许多基本粒子在这一阶段也可能出现。过了几秒钟,宇宙温度就降低到能形成某些原子核。这一理论还预言能形成一定数量的氢、氦和锂的核素,丰度同今天所看到的一致。

大约再过100万年后,宇宙进一步冷却,开始形成原子,而充满宇宙中的辐射则在宇宙空间自由传播。这种辐射称为宇宙微波背景辐射,它已经被观测所证实。除了原始物质和辐射外大爆炸理论还预言,现在宇宙中应充满中微子,它们是无质量或无电荷的基本粒子。现在科学家们正在努力找寻这种物质。

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我们的感官不是万能的,包括我们的科研仪器。而我们对外界事物90%是靠眼睛观察的,那么它肯定有一定的局限性,如果光反射不了或者速度大于光那我们便观察不到了,这样的例子也到处存在着,比如引力,磁场,惯性,黑洞,这些我们都不是靠光感知到的,也就是说我们看到的并不是三维世界,只是这个世界很小的一部分。

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