引力波·黑洞·蟲洞·宇宙大爆炸,其實可以這樣形象有趣的理解

2021-01-08 楓評

廣義相對論嘛，核心就是那看不見摸不著的「引力」，說到引力，我們自然能想到：飛得高摔得慘，地球繞著太陽轉，再根據牛頓的公式，引力一沒地球被甩~

不過愛因斯坦可不這麼想，違反了人家的狹義相對論(比較複雜)，於是他做出了這樣的假設：

引力並不是一種力，是時空彎曲的外在表現

質量越大彎曲越厲害，就像一個重量級選手會在沙發上坐出一個大大的屁股印

這種說法能形象理解很多現象：光會被引力彎曲，流星會以曲線划過，就好像一個玻璃球在經過凹陷邊緣處時彎了一下

如果物體質量增加，空間便會加大扭曲，泛起了「波瀾」

你可能沒太理解，沒關係，我們再來想像一下

剛才坐在沙發上的重量級選手拿著一顆西瓜

自然屁股印就更深了，凹陷面積也大了

而這加深變大是個過程，需要傳遞

更抽象一點，如同一滴水落到平靜的水面，波紋從中心傳到邊緣

這個「波瀾」就是著名的引力波（2016年那個歷史性時刻，我們探測到了引力波！）。

現在，我們順著「引力使時空彎曲」繼續想下去

質量產生引力，質量越大，引力越大，空間凹陷得越深

逐漸形成一個洞，完完全全凹了回去

這就是我們所說的黑洞

當然更精確的模型是這個亞子滴

有了精確的模型，我就可以順其自然地引出蟲洞的樣子，像是兩個黑洞嘴對嘴（ 咳咳）

物理圈一般叫它「愛因斯坦-羅森橋」

感覺真的像是連接了兩個相距幾百光年的地方，不過千萬別被科幻大片給騙了，蟲洞沒法穿越過去未來空間轉移，試想你從一邊掉入黑洞，也只是進入了另一個黑洞，是莫得辦法出來的。

好了，我們現在可以換個場景了，去瞧瞧宇宙大爆炸

XX年，愛因斯坦把玩著推導出來的引力場方程，算啊算，忽然驚叫：oh my god！宇宙是不穩定的！

幾年後他根據天文觀測，敲定，嗯，宇宙在不斷膨脹。

既然是膨脹，必定是從一個點（奇點）開始

你肯定會問：奇點？如果宇宙最開始是奇點，那奇點外是什麼？宇宙的宇宙？

別急，我們繼續頭腦風暴

假設有一個奇點，裡面放個彭羅斯階梯（上面的動圖）

再設定你感覺不到在繞圈，只是一直朝前走

盯著這個圖，閉眼想像一下

是不是感覺雖然有界，卻永遠逃不出這個無限循環的三維空間？

沒錯，這就是「有限無界」宇宙觀

你根本不可能「出去」，因為根本沒有「外面」，空間和時間都禁錮在奇點中，137億年前的某天，上帝說要有光，於是那聲巨響，宇宙開始飛速膨脹......

想像到這裡就結束了，不過宇宙的神奇，才剛剛開始。（ps：本來想這次結束《時間的形狀》這本書，奈何後面太精彩，一次說不完，我們下期再見。）

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  • 如何形象地介紹什麼是引力波?
    我們把鐵球猛地拿走，彈性床墊會迅速回彈，並振動一會兒，再比如在水中，用手指輕觸一下水面，會發現水波紋向四周蔓延，引力波可以形象地看成是這樣。無論是彈性床墊還是水面，那都只是壓力發生了變化，而引力波是咋回事呢，它是空間中質量分布的變化造成的時空曲率變化以波的形式向四周傳播，但還要滿足條件，如果是保持靜止或者做勻速直線運動，不會產生引力波，必須要質量分布發生變化才可以，另外，球對稱質量分布變化不會產生引力波。
  • 超大質量黑洞合併,將成為整個宇宙歷史上僅次於大爆炸的活躍事件
    產生此現象所需的能量總量約 5×10^54 J：比大爆炸以來看到的任何事件都要多的能量。但是，宇宙中確實存在另一類事件，可以在更短的時間內輸出更多的能量：兩個超大質量黑洞的合併。雖然我們從來沒有見過這樣的事件，但這只是時間和技術的問題。一旦超大質量黑洞合併，舊的記錄將被被徹底打破。圖註：該模擬顯示了在現實的富含氣體的環境中兩個超大質量黑洞合併而成的兩個靜止圖像。
  • 宇宙大爆炸後,最初期形成的黑洞還是恆星?
    大爆炸後3億年，宇宙在「黑暗時代」裡形成了第一代恆星、星系、黑洞。計算機模擬可以向我們展示宇宙在這一時期中充滿疑問和遐想的波瀾壯闊的過程。我們的宇宙始於130多億年前的「大爆炸」。大爆炸之後的數億年裡，恆星、星系等發光的天體尚不存在，這個時期被稱為宇宙的「黑暗時代」。
  • 引力波是什麼?引力波的發現意味著什麼?
    有趣的是宇宙中的強引力場天體非常之多，比如超大質量黑洞合併，脈衝星自轉、超新星爆發等都是引力波的強有力來源。引力波與電磁波天文學又有不同的地方，比如引力波無法通過電磁輻射直接觀測，引力波與宇宙中物質的相互作用是非常微弱的，可以傳播至很遠的宇宙空間。　　引力波的探測目前仍然存在困難，科學家認為引力波儘管有間接的證據顯示其存在，但直接證據缺乏。