現在各個自媒體上都充斥著大量的有關宇宙奧秘的科普類文章,這類文章往往涉及到很多奧澀難懂的名詞術語,讓人看了發懵,只知其然而不知其所以然。小編羅列了一些常見的名詞術語,查閱相關書籍作了簡明的釋義,希望能對需要的朋友有一點小小的幫助。因為篇幅較長,小編將作為系列文章分開介紹,本文為之一。
一、宇宙學相關
大爆炸——指最初創造了宇宙的那次大爆炸,它使無數星系向四面八方飛散。宇宙創生之時,溫度極高,物質密度極大。根據WMAP衛星測定,大爆炸發生於137億年前,今天所看到的微波背景輻射就是大爆炸的餘暉。對於大爆炸有三項實驗得出的證據:星系的紅移、宇宙微波背景輻射、元素的核合成。
大坍縮——指宇宙最終的坍縮。如果物質的密度足夠大(歐米伽值大於1),那麼宇宙中就有足夠的物質使原來的膨脹倒轉過來,造成宇宙重新坍塌。大坍塌的瞬間,溫度升至無窮高。
大凍結——是指宇宙無限膨脹下去的終結,溫度接近於絕對零度。我們的宇宙最後狀態有可能就是大凍結。因為據信歐米伽值和拉姆達值之和為1.0,因此宇宙才處於膨脹之中。由於沒有足夠的物質和能量使宇宙膨脹逆轉,所以宇宙可能永遠膨脹下去。
宇宙微波背景輻射——是從大爆炸時期殘餘下來的輻射,仍在宇宙中循環。由喬治·伽莫夫及其工作團隊在1948年首次語言。它的溫度是絕對零度之上2.7度。真正發現它存在的人是彭齊亞斯和威爾遜,是宇宙大爆炸學說的最有力證據。今天,科學家們仍在對背景輻射內的微小偏差進行測量,以便為宇宙膨脹說和其他相關理論提供證據。
宇宙弦——是指大爆炸的遺蹟。有些規範理論語言,大爆炸最初的一些遺蹟可能依然以巨型宇宙弦的形式存在,其規模如星系般大,甚至更大。兩個宇宙弦之間的碰撞有可能使時間旅行成為可能。
暗能量——是指空寂宇宙中難以探測的能量。由愛因斯坦在1917年首先提出,然後又被棄置。如今人們知道,這種虛無能量是宇宙中物質/能量的主要形式,無人了解它的起源,但它最終可能把宇宙驅入大凍結。暗能量的數量與宇宙的體積成比例。最新數據顯示,宇宙中73%的物質/能量以暗能量的形式存在。
暗物質——指不可見的物質,它有質量,但不與光相互作用。暗物質通常是在星系的巨大暈輪中找到,它比普通物質質量大10倍。暗物質可以被間接測到,因為它的引力使星光彎曲,這與玻璃使光彎曲的情況類似。根據最新數據,暗物質構成宇宙中全部物質/能量的23%。根據弦理論,暗物質可能由亞原子粒子構成,例如中性子。
多元宇宙——是指存在許多宇宙。由量子理論引出的一個概念,任一量子理論都有一個多元宇宙的量子態,就意味著存在著無窮數量的互相分離的平行宇宙。
二、物理學相關
狹義相對論——愛因斯坦在1905年提出的理論,其基礎是光的速度恆定。根據這個原理,一個物體運動的速度越快,時間就變得越慢,質量就越增加,距離就越縮短。同時,物質和能量由E=MC^2這個等式關聯起來。狹義相對論所產生的結果之一就是原子彈。
廣義相對論——是指愛因斯坦的引力理論。在這個理論中,引力不再作為一種力,而是被降解為一個幾何學的產物,是時空的彎曲造成了一種錯覺,讓人覺得好像有一種叫做引力的吸引力量。在實驗中已經證實廣義相對論的準確率為99.7%以上。它預言了黑洞的存在,以及宇宙的擴張。然而這項理論被應用到黑洞中心或者宇宙創立的一剎那時就不起作用了,無法做出有意義的預言。要解釋這種現象,就必須採用量子理論。
量子理論——是指亞原子物理理論,它是有史以來最成功的理論之一。量子理論加上相對論構成了基礎層面上全部物理學知識的總和。粗略而言,量子理論是建立在三項原則之上:(1)能量以稱作量子的離散包形式存在;(2)物質是以點狀粒子為基礎的,但找到它們的概率是由波來顯示,而波則遵循薛丁格的波動方程;(3)要使波坍塌並確定一個物體的最終狀態,需要進行觀測。量子理論的基本原理與廣義相對論的基本原理是倒轉過來的,廣義相對論有確定性,並且是建立在光滑表面上的。如何將相對論與量子理論結合起來,是今天物理學面臨的最大難題。
弦理論——這種理論的基礎是微小的振動著的弦。它們的每種振動方式就對應於一種亞原子粒子。這是唯一能把引力與量子理論結合在一起的理論,從而使它成為萬物理論的首要候選理論。它只有在10個維度中才能從數學上自圓其說,它的最新版本是M理論,是以11個維度定義的。
統一場論——這是愛因斯坦所探尋的一種理論,它可以把一切自然力統一到單一的一個連貫的理論之中。目前它的首要候選理論就是弦理論和M理論。愛因斯坦原來相信,它的統一場理論可以把相對論和量子理論吸納到一個更高級、不需要概率的理論中,然而弦理論是個量子理論,因而需要用到概率。
波函數——是指伴隨著每一個亞原子粒子的波。它是對概率波的數學描述方式,用以確定任何粒子的位置和速度。薛丁格是第一個為電子的波函數寫出方程式的人。在量子理論中,物質是由點狀粒子構成的,波函數則給出了找到這種粒子的概率。後來狄拉克提出了另一種波動方程,它結合了狹義相對論。目前,包括弦理論在內的所有的量子物理學都是建立在這些波的概念之上的。
M理論——弦理論中的最先進版本。M理論存在於11維度的超空間中,那裡可以存在二位膜和五位膜,可以有5種方法把M理論降解為10個維度,從而帶給我們5種已知的超弦理論,現在知道它們其實就是同一種理論。M理論的全套方程迄今完全無人知曉。
多世界理論——這是一種量子理論,一切可能的量子宇宙都可以同時存在。這個理論描述,宇宙在每個量子交匯點上分裂一次,以此解釋了「薛丁格的貓」的問題,因為這樣,貓可以在一個宇宙中活著,而在另一個宇宙中已死去。近來越來越多的物理學家表示支持多世界理論。
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