138億年前的宇宙究竟什麼樣?中國科學家:觀測或許靠量子力學

2021-01-08 騰訊網

圖為宇宙大爆炸

宇宙是無邊無際的空間和其中的存在的各種天體以及物質的總稱,千百年來,人類就一直想探索宇宙的起源,於是就有以大爆炸理論為主流的各種學說的興起。這其實是一個非常複雜的問題,其中包括了如何理解時間和空間的本質?但是近年來量子力學在我國快速發展,「九章」計算機和「墨子號」衛星等應用,讓中國科學家思考或許可以讓量子力學來回答這個問題。

圖為宇宙的3D坐標系

宇宙誕生的理論爭議

人類在探索宇宙起源的同時,發展了宇宙學這一學科,它已經不再是抽象的哲學辯議,而建立在天文觀測和物理化學實驗上進行研究。直到了20世紀,科學界已經主要形成了兩大門派的爭議:一個是穩態理論,另一個是大爆炸理論。

大爆炸學說是現代宇宙學中一種比較有影響力的說法,1929年,天文學家哈勃觀測到,目前所有的系外行星都在向外移動,說明宇宙在高速地向外膨脹。該理論認為宇宙的起點是一個單獨的不屬於任何維度的奇點,即一個在時間和空間上都沒有尺度但又卻包含了宇宙全部的物質的點。

這個點在極高的溫度下發生了一次史無前例的大爆炸,宇宙中的質子、中子、光子和質量較小的原子核組成了現在化學元素,隨著溫度的下降,這些物質形成了天體,宇宙就是這樣來的。

另外一個學說是穩態理論,通俗地講,就是一個是先有雞,還是先有蛋的問題,究竟是何物創造了宇宙,那何物又創造了何物呢,這牽扯到了許多哲學宗教甚至神話問題。

不管怎麼說,這些都是科學家們爭議的問題,宇宙誕生之前到底是什麼樣子的,還沒有人知道。不過最近,我國科學家們提出或許可以用量子力學來觀測宇宙誕生前的樣子。

圖為宇宙星系

觀測宇宙誕生之前,中國科學家新啟發

愛因斯坦說我們目前所有的物質傳遞都不能超過光速,在宇宙學觀測目前為止,科學家還沒有使用量子測量的手段,還只是依賴於光的信息傳遞。比如我們用天文望遠鏡觀測距離地球10億光年的星星,看到這個星星不是現在的樣子,而是10億年前的模樣,也就是說宇宙年齡是138億光年,我們是看到了最早的光。目前人類觀測的極限也就是138億光年了,只能一點點去逼近這個極限,或許可以探測到宇宙原生引力波。

如果用量子糾纏理論去觀測這個宇宙或許可以突破這個極限,因為它是不傳遞信息的,所以說可以超過光速,但這並不推翻相對論。

量子理論是不確定的,但觀測時是確定的,所以說量子力學還是有很多有趣的地方,它的價值還需要我們多多去挖掘。(清風)

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  • 宇宙歷史只有138億年,為什麼可觀測宇宙的半徑465億光年?
    也就是說,即便是宇宙中有無數的天體,它們的光照過來,也是需要時間的,而不是瞬間達到的。那麼,如果宇宙的永恆的,不隨時間的流逝而變化,這就代表光有充足的時間傳播到地球上,地球也還是應該沒有黑夜。 後來,宇宙大爆炸理論誕生,我們通過測算哈勃常數,可以知道宇宙的年齡大概是138億年。也就是說,給光傳播的時間只有138億年。
  • 138億歲的宇宙,可觀測直徑930億光年,這與光速極限原則矛盾嗎?
    在一些科普文章中,人們常常看到,宇宙年齡138億歲,卻有930億光年的可觀測直徑。於是很多網友質疑,這是怎麼回事呢?其實簡單的回答,就是宇宙膨脹速度超過光速。但很多科普文章又強調,光速每秒約30萬千米,是宇宙中最高速度,任何物體不得超越。這樣有人就更疑惑了,這豈不矛盾嗎?
  • 宇宙起源於138億年前,在宇宙誕生之前,世界是什麼樣的?
    話說在1915年,愛因斯坦提出了他的廣義相對論。從這個時期開始,天文學的一個細分領域得到了快速的發展,這個細分領域就是宇宙學。所謂的宇宙學研究的是宇宙整體的演化和歷史。
  • 宇宙才誕生了138億年,為何可觀測宇宙的直徑卻達到了930億光年?
    但是宇宙大爆炸理論又提出,宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸,如果說光速是宇宙速度的上限,為什麼138億年後,宇宙的大小不是138億光年的半徑範圍?這中間是否存在矛盾?首先我們要從宇宙的誕生開始說起。那麼138億年這個精確的數又是如何得到的?儘管對於宇宙的年齡一直都有爭議,因為提出一個理論,總要需要經過無數次的實驗修改才能被廣泛的接受。宇宙至今存在了138億年,其實這個數據的誕生還是要功歸於哈勃的努力。
  • 宇宙的年齡只有138億年。為什麼可觀測宇宙的半徑是465億光
    根據計算結果,我們發現可觀測宇宙的半徑為465億光年,直徑為930億光年。很多網民看到這一點,很難理解宇宙誕生於138億年前。宇宙只存在了138億年。可以說恆星(以光速飛行)發出的光小於或等於138億光年,但是科學家測量到可觀測宇宙的半徑為465億光年,是宇宙年齡的兩倍多。這是矛盾嗎?
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  • 打破谷歌量子霸權!一文看懂什麼是量子力學
    那麼在「光」也存在光量子的這種粒子性時,持續許多年的光究竟是波還是粒子的爭論,總算有一個答案。也就是「光的波粒二象性」,光既是一種波,同時也是一種「光量子」。而後人們發現,不單單能量和光存在這種量子性,包括電子等其他微觀粒子,也是存在這種「量子性」。
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    量子力學的詮釋就代表著許多物理學家試圖讓量子物理「說得通」的努力。換句話說,它可以理解成物理學家在嘗試找到量子力學的數學理論與現實世界的某種「對應」。從更深層的角度來看,每種詮釋都反映著某種世界觀。 這裡簡單總結了8種量子力學的詮釋,它們有些可能更為「主流」,另外一些則更「小眾」;一些說法有待未來通過實驗驗證,而其他的也許一直只能是一種猜想或假說。
  • 可觀測宇宙之外是什麼樣的?與黑洞是否有聯繫?
    牛頓於1687年正式提出萬有引力定律之後,力學三大定律加上萬有引力定律共同構成了人們對外部世界認知的基礎體系,特別是萬有引力針對宇宙天體的運行規律進行了理論上的解釋,後來的科學家們根據萬有引力的預測,相繼發現了太陽系以及其它星系的一些天體存在,從而進一步證實了萬有引力的正確性。不過,牛頓並未對萬有引力的產生根源進行闡述。
  • 什麼是量子力學
    在量子力學剛被提出來的時候,有很多人就認為這些人腦子出了問題。但是呢,經過100年來成千上萬次的實驗在科學家不斷的證實下,在微觀世界下這個世界就是這樣子。說在微觀世界幾個比較典型的例子,我們印象中的電子就是在原子核周圍這樣不斷的轉,但是通過觀察他每次都在不一樣的位置。你這會看在這個位置,過會兒看它又換了個位置,然後再同時幾個人觀察的時候它在不同人眼裡就是不同的位置。
  • 量子力學是唯心論嗎?
    量子力學也是類似問題,一向認為所有量都是連續的,讀到能階,很自然便會問兩個能階之間是什麼?科學的哲學化另一個複雜的概念,是被觀測物體和觀測儀器的關係。一向都認為是無關的,這樣,當然不接受在量子力學中兩者互相影響的概念了。很多人會推崇老子在《道德經》裡的話:「道可道,非常道;名可名,非常名」。
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    波爾和愛因斯坦在歷史上因為量子力學上的一個知識點,進行了一場世紀辯論,這就是量子糾纏。在上一篇文章中說過。遇事不決,量子力學?到底什麼是量子力學 在研究光的幹涉現象時,提出了概率波這個概念。光子最後出現的位置是隨機的。
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