宇宙的奥秘在人类的探索下越来越难解。为了更好地认识世界,人类认识了我们所处的宇宙。总是在进一步探索的过程中发现宇宙的更多奥秘。

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浩瀚宇宙

自从人类开始探索宇宙以来,有五个宇宙之谜是人类一直无法破译的。每一个都让科学家们绞尽脑汁也得不到答案,宇宙最后的谜团,想来想去很多人可能都会害怕!

宇宙的五大奥秘是什么?让我们一起探索。

奇异的量子力学

量子力学到底有多奇葩?相信很多人一听到量子力学就一头雾水了。因为即使是科学家也并不真正了解量子力学。拿量子力学大师费曼的话来说,量子力学是造物主的终极秘密,没有人懂量子力学。

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如果你要在这里说你了解量子力学,那是不对的。如果您在听完有关量子力学的讲解后感到很迷茫,那么您可能已经打开了理解量子力学的大门。

如果宏观世界是1+1=2,那么在量子世界就是2=1+1。

  • 关于什么是光量子力学的来源其实是科学家们在研究“光”是什么的时候慢慢导出的关于粒子运动规律的理论。

    当时,两派科学家就“光是粒子”还是“光是波”的问题展开了激烈的辩论。主张光是粒子的主要有牛顿和爱因斯坦,主张光是由波组成的有赫兹和麦克斯韦。争论不休后,科学家们聚集在一起,决定用实验来证明自己的观点。

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    双缝干涉实验

    于是科学家进行了双缝干涉实验来验证什么是光。这个实验是用光子发射机枪在两个缝隙处射击,然后观察光子穿过缝隙后在墙上留下的痕迹。

    如果墙上显示了两条横条,那么光就是由粒子组成的。如果墙壁上出现斑马纹,表示光是由波浪组成的。结果,在第一个实验中,科学家看到的是斑马纹,也就是说光是由波组成的。

    但力派科学家显然不同意这种说法。提出应该将光子一颗一颗地发射出来,重复实验,于是有了第二次实验。结果本次实验的结果依然是斑马纹。得到这个结论教皇科学家们应该很高兴,但实际上这又产生了新的问题。

    因为光穿过缝隙时,应该只穿过其中一个,也就是说一个光子应该不能形成干涉,是光一分为二在穿过缝隙之前?

    “魔法光束”

    于是,科学家们又开始了第三次实验。这次分别在左右两边的缝隙中安装了摄像头,发现在摄像头中,光线真的只穿过一个缝隙。

    这时候,科学家们发现,如果从摄像头看,墙壁上会形成两条横条,也就是说,光是由粒子组成的。如果不用相机看,那么墙壁就会呈现出条纹,就是光是由波浪组成的。

    所以科学家称这种现象为量子擦除也就是说,当你知道量子路径时,它不会产生干涉条纹,但当你不知道量子路径时,它会产生干涉条纹。

    爱因斯坦认为可能存在一个隐藏变量,只是我们还没有发现而已。但我们不知道这个变量是否存在。

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    在双缝实验中,探测到的光子的相对频率曲线放弃了,他们仍在量子世界中寻找可能的答案。

    找不到的引力子

    万有引力定律早就为大家所熟知,而牛顿在300多年前就发现了这个定律。科学家们根据这个定律成功地解释了行星的运动、潮汐的形成、月球的运动等等。现在我们在探索宇宙的时候,人造卫星的轨道,需要计算的航天器等航天器,还是离不开万有引力定律。

    潮汐的形成

    根据这个定律本身,我们可以知道,无论两个物体相距多远,它们之间都会存在引力。当我们探索两种物质之间的传输速度时,我们发现它比光还快。那么这个力是通过什么传递的呢?

    科学家们对此做出了很多假设和猜测。量子理论可用于以多种方式解释其他现象。例如,电磁学可以用光子的量子化来解释。这里使用了量子电动力学。以及宇宙中的其他力,比如弱核力和强核力都可以用量子理论来解释。

    电磁学

    重力呢?是否也存在可以发展为量子引力理论的引力理论?1913年,爱因斯坦提出万有引力场论来解决这个问题。

    他认为所有的物体周围都有一个引力场,这个引力场存在于弯曲的时空,并通过引力波传播,而引力波使两个物体相互吸引.

    引力波

    那么这个引力子存在吗?科学家们一直在寻找它在宇宙中的存在。从1974年到1978年底,科学家们用天文望远镜观测了距地球15000光年外的射电脉冲双星,期间证实了引力子的存在。

    虽然捕捉到了来自宇宙的引力波的“涟漪”,但科学家们仍然没有发现引力子的踪迹。

    如果有一天,真的观测到了引力子,那也会打开一个新的局面。科学家们特别期待引力子的使用。如果引力子可以用于通讯,他们或许有机会与真正的外星人取得联系

    物理极限:普朗克标尺

    人类能精确测量的最小标尺是普朗克标尺(1.616229×10^-35米和5.39116×10^-44秒)。

    这个物理极限之所以存在,也是因为量子力学。根据不确定性原理,长度越短,位置越确定,速度越不确定。时间越短,能量越不确定。能量越不确定,速度越不确定,平均能量越高。

    黑洞结构

    而这个非常大的能量值被限制在一个非常狭窄的空间里面,使得能量密度会超过一个临界值,所以一个超小的黑洞。而这个黑洞的视界大小就是普朗克尺度的大小。

    因为这个黑洞太小了,人类无法从中获取信息。而在一定程度上,这个黑洞是可能最小的黑洞,我们没有办法探测和研究比这个尺度更小的物体。

    也就是说,我们对宇宙和微观世界的认知是被量子力学锁定的。并不是说宇宙中没有比普朗克尺度更小的东西,只是在量子力学和测不准原理下,在我们能感知到的世界里,我们感知不到它们存在。

    科学家们还没有突破普朗克尺度,发现更小的物质。

    浩瀚宇宙宇宙诞生之谜

    宇宙的起源是一个极其复杂的问题。我们现有的宇宙是一个物质世界,每天都在不断地运动、变化和发展。几千年来,科学家们一直在探索宇宙的起源。宇宙何时以及如何形成。

    关于宇宙的诞生,科学家们已经有了很多相关的假说和猜想。直到今天,许多科学家都认为我们的宇宙是在137亿年前的一次大爆炸中形成的。在那个超越时空的地方,有一个密度极高的奇点。以超光速膨胀爆炸,形成宇宙万物。

    大爆炸

    在这个奇点中,包含了宇宙中所有的物质和能量。这个物质和能量不断聚集收缩,直到形成一个奇点。而这个奇点在爆炸的时候把所有的物质都打散了,然后宇宙开始以超过光速的速度膨胀。

    直到今天,宇宙经历了超过100亿年的反应,形成了现在的星系、恒星、行星和生命。科学家将大爆炸中这些反应背后的原理称为量子物理学。但在这个奇点之前是否存在其他宇宙?如果没有其他宇宙,这个奇点如何存在?我们生活的宇宙似乎在不断膨胀,那么它是否也在经历着膨胀-坍缩-再膨胀-再坍缩的无限循环……?

    面对这些问题,科学家们显得束手无策。直到今天,科学家们还没有确凿的证据证明宇宙就是这样诞生的未来,人类将带着这个问题不断探索。

    仔细想一想:意识的本质

    意识从何而来?为什么由原子组成的无机物没有意识,而由原子组成的生物却有意识?物理学家玻尔曾说过,世界是由人的意识决定的。

    在二十世纪,科学家们几乎不谈意识,因为他们认为神学和科学是对立的,神学中普遍存在意识,所以意识也与科学相对立。

    原子

    然而,随着科学家不断探索,他们发现意识可能是一门更深奥的科学。前面我们提到,在量子力学中有一个双缝干涉实验。在第三个实验中,观察者的存在似乎影响了光子的路径。

    相机开启时,光子以粒子状态运动,相机关闭时,光子以波态运动。一个光子能意识到它是否被观察到吗?还有一位著名的量子力学学者薛定谔,在没有人为干预的情况下,它的猫处于“生死攸关”的状态。它最终的命运,在开箱的那一刻就已经注定。

    薛定谔的猫

    在我们现有的世界中,我们知道人类的意识是最高层次的,猫狗等动物的意识比人类弱,昆虫的意识更低比猫狗要弱,最后也是最简单的生命形式。意识似乎随着生物的简单和复杂而变化。如果宇宙万物都有意识,那么像电子、粒子这样更小的物质是否也有一定的意识?

    对于意识的本质,科学家们还没有一个合适的解释来回答。甚至有科学家认为,我们现有的世界仅仅局限于物质层面,还有更大更广阔的量子世界。死后,释放的量子信息返回量子场。

    或许从某种意义上说,我们的意识是不朽的存在。宇宙还有很多未解之谜,而这五个宇宙之谜是目前人类最关心的问题。无论是量子力学还是意识的本质,未来都需要科学家们竭尽全力继续探索。