宇宙中細思恐極的假說，“玻爾茲曼大腦”讓你懷疑人生！

幾百年前 有個叫迪卡爾的人 提出了一個著名的思想實驗 設想有一個邪惡魔鬼 既強大又聰明 而他整天不幹別的 唯一的任務就是欺騙自己 確切地說 是圍繞我的一切感官 製造一個幻覺 讓我以爲自己看見了一個 完整的外部世界 但這個世界並不存在 事實上它還營造出了我的全部身體 而我的身體也不存在 那麼我如何判斷 現實中的我感知到的一切 是不是真實的呢 那句人盡皆知的 我思過我在 就出自這個思想實驗 不管魔鬼怎麼欺騙 你作爲思考的主體 一定是存在的 但是這也不能解決外部世界 是否爲幻覺的問題 迪卡爾本人最後動用了上帝 這恐怕不能讓現代的人滿意 其他類似的思想實驗 也沒有一個能夠乾淨利落 解決這一問題 但事實上 物理學也堂堂正正地 在裏面摻和了一腳 而這個邪惡魔鬼的物理學版本 就叫做 波爾茲曼大腦 波爾茲曼大腦這個思想實驗 一直都是宇宙學家爭論的焦點 到目前爲止 它依舊是宇宙學 未解決的問題之一 那麼今天 我們就從易到難 漸進地理解這一高深思想實驗 背後的基礎知識 虛幻和真實 一直都是哲學和神學的必爭之地 可當物理學介入之後 一切都顯得具有條理性了 你也許聽過 在科幻電影中 也見過 肛中之腦的設定 在盜夢空間中 觀衆甚至無法區分 現實和夢境 這一切都來自一個 很簡單的思想實驗 你看到的 聽到的 摸到的 嚐到的 嗅到的一切 無非來自於人的五個感官 五大感官 攝入人腦的信息是直觀的 而抽象的事物 比如經濟學原理 歷史事件 人際關係等等 也是來自 五大感官攝入信息的 深層次加工 想象一下 如果你不能看見一個人 也不能聽到一個人說話 你怎麼能總結出 這個人的個性呢 怎麼可以通過 大量的人際交往案例 而歸納出社會規則 你思考一切事物的底層邏輯 都來自感官接收到的信息 而感官又將這些信息 匯入大腦 如果說大腦不需要感官 就不能思考了嗎 這個問題在邏輯上是否定的 如果我們直接拿掉感官 把虛假的信息 攝入到大腦並欺瞞過大腦 就可以讓你的大腦 誤以爲你是通過 人體的五官接觸到的世界 這在邏輯上完全行得通 所以 笛卡爾曾經就懷疑一切 只要是感官攝入的信息 都是不靠譜的 唯一靠譜的就是 我思故我在 意識思考的內容 不管來自於真實的感官 還是虛擬的感官 都無法撼動 我正在思考的事實 這樣的事實 是你可以切身感受到的 說了這麼多 究竟和波爾茲曼大腦 有什麼關係呢 波爾茲曼大腦 其實就是一個虛擬的體驗 你甚至都沒有身體 但依舊可以感受到當下的體驗 因爲信息可以是假的 是可以被模擬的 上增定律最前線的一個道理 即便你沒有學過物理 都可以體會到 比如熱水放一段時間 總會變涼 一滴墨汁滴入水中 總會擴散開來 從微觀尺度上看 熱水錶面的水分子運動比較劇烈 這種劇烈程度 就是溫度和動能的體現 當熱水錶面的空氣分子 接觸到運動程度更劇烈的水分子後 就會吸收一部分水分子動能 從而變得更加劇烈 與此同時 水分子因爲傳遞給空氣分子 一部分動能 而使其運動劇烈程度下降 也就是溫度降低 一開始基本都是熱水分子 單方面給空氣分子傳遞動能 直到熱水溫度 降到與空氣溫度相等爲止 這時候 動能傳遞就是動態可逆的了 商增定律在經典力學中 可以看作是 高動能分子向低動能分子的能量傳遞 直到平衡 而平衡之後的系統 商值就保持恆定了 但是分子之間的碰撞 依舊在隨機進行中 系統即便趨於平衡態 分子之間還在相互撞擊 只要是隨機的 那麼在概率上就會有一種可能 那就是一個房間內的空氣分子 有可能都聚在一個角落裏 雖然這種概率幾乎爲0 但是在數學上 只要是時間足夠長 就可以實現 比如讓一個猴子在鍵盤上隨機敲擊 只要時間足夠長 它總會敲出一本大英百科全書出來 再比如你每天都積選一張彩票 只要堅持 總會中的 當然 這可能需要很長的時間 可能是一年 也可能是一萬年 甚至 一千萬年 這個房間內的空氣分子 全都聚在一個角落裏 是傷減的過程 這是從無序到有序的過程 中學物理教給我們 在自然狀態下 物質只能從有序到無序 而從無序到有序的過程 必須藉助外力來實現 空調需要電力製冷 就是這一體現 但是物理學家想的並不是這麼簡單 微觀粒子的運動是隨機的 在量子力學中 還有量子漲落的說法 如果時間足夠長 從無序到有序是可以實現的 那麼問題的關鍵點來了 按照宇宙大爆炸模型 我們的宇宙起源於 138.2億年前的奇點大爆炸 奇點是一個無限有序的狀態 大爆炸之後 物質經過138億年的擴散 應該處於均勻分佈的狀態 也就是說 現有宇宙的物質能量 分佈應該是均衡的 應該已經處於非常高尚的狀態了 但爲什麼我們宇宙的物質 分佈極不均勻 在宇宙背景輻射中 甚至可以看到 跨越十幾光年的空曠地帶 比如波漿星座內的宇宙空洞 宇宙的傷如此之低 遠不符合預期 宇宙的低傷狀態是怎麼來的 可能有人說 這是因爲引力 但這並不是本質性答案 因爲引力 是人類通過自然現象 歸納出的一般性規律 而並沒有解釋自然現象本身 我們先通過生命的起源 瞭解一下傷減的過程 生命是高度有序的物質結構 如果說從無機物到有機物 是分子碰撞的巧合 那麼從有機物到DNA 再到按遺傳密碼合成的蛋白質 再形成細胞 然後是複雜的生命體 這一切都顯然是違反了 熱力學定律 因爲自然竟可以讓 原本高傷狀態的原子和分子 通過傷減的形式 組合成複雜的生命體 這也正是因爲 只要時間足夠 從無序到有序 是可以實現的 畢竟生命的演化 也通過了數十億年 再回到宇宙的低傷狀態 一種合理的猜測就是 宇宙早已到達過高傷狀態 並處於熱力學平衡 而之後高傷狀態的宇宙 開始大規模傷的漲落 說白了 就是微觀粒子之間隨機撞擊 沒有規律可言 只要時間足夠 這些微觀粒子的撞擊 總又會形成低傷的有序狀態 比如黑洞 恆星 行星等 這些天體就是高度有序的物質構成 如果無數個漲落 形成無數個低傷狀態 再以越來越低的傷 形成時間連續體 那麼我們在某一區域看到的物質 就會越來越有序 也就是相互靠近 於是才能總結出 物質相互作用的規律 那就是我們眼中的 萬有引力 我們的大腦 是高度有序的低傷狀態產物 宇宙的隨機漲落 可能會誕生無數個這樣的大腦 有的大腦在宇宙中 只是存在一個瞬間就漲落不見了 而有的大腦 卻在連續漲落中 一直保持低傷狀態 那麼這些連續保持 低傷漲落狀態的意識 就可能是我們現在的人腦 大腦能連續性思考事物 也是漲落的結果 但是還有無數個 只存在一個瞬間的 波爾茲曼大腦 他們沒有時間思考 自己爲什麼會存在 更不會思考熱力學定律 所以從人擇原理 和倖存者偏差中講 我們之所以能連續思考 是因爲我們本身就是 隨機而又連續的 傷的漲落 經過科學家計算 我們現處的宇宙 被漲落出的概率 低了漲落出波爾茲曼大腦概率的 72個數量級 我們的宇宙 起碼有75億個 連續的波爾茲曼大腦 那麼漲落中的波爾茲曼大腦 至少存在75億乘10的 72次方個波爾茲曼大腦 這只是十分粗淺的計算 也就是75,1111111個波爾茲曼大腦 這還只是連續性波爾茲曼大腦 當然 還有更多的波爾茲曼大腦 沒有統計 不過這樣的一切 都僅僅是思想實驗 或者是理論上的猜想 老實說 我們還不清楚 畢竟我們有很多假說 只不過沒有一個假說 能說服大多數人 我們對於宇宙學 和量子引力理論的瞭解 還太淺 甚至最後發現 整套波爾茲曼理論 都不成立也是有可能的 但至少知道 你不太可能是虛空中的波爾茲曼大腦 也許有助於睡個好覺 畢竟按照某些哲學流派 物質體是不可知的 管好自己的感官就是了 何必在意它是真 還是假呢 歷史上出現過很多的思想實驗 你知道幾個? 剛中之腦假說 一個人 可以假設是你自己 被邪惡科學家施行了手術 把你的大腦從你體內取出 放進一個 曾有維持腦存活營養液的缸中 腦的神經末梢連接在計算機上 這臺計算機 按照程序向大腦傳送信息 以使它保持一切完全正常的幻覺 對於你來說 似乎人 物體 天空還都存在 自身的運動 身體感覺都可以輸入 這個腦 還可以被輸入或截取記憶 截取掉大腦手術的記憶 然後輸入可能經歷的各種環境 日常生活 甚至可以被輸入代碼 感覺到自己正在閱讀這一段 有趣而荒唐的假設 在這種情況下 一個非常重要的問題就產生了 你的大腦能否聰明到 識別自己到底在你體內 還是被困在缸中嗎 換句話說 你要如何來證明 你周圍的世界是真實的 而不是由一臺電腦產生的 某種模擬環境 這個蘋果是真實存在的嗎 還是一個無形之手遞給你的 笛卡爾在深刻思辨後得出 我思 故我在的答案 來解釋這種極端懷疑 人的大腦中先天存在 某些思維規定 這些先天的認識形式 決定了我的存在 從懷疑的角度來解釋 他認爲一切事物 都應當被懷疑 唯有我在懷疑這件事 是不能懷疑的 因爲我在懷疑的基本條件是 我存在 這樣的回答可以作爲 對肛中之腦實驗存在本質問題的 一個答案 但 並不是唯一的答案 電車難題 電車難題是最爲知名的 思想實驗之一 其內容大概是 一個瘋子把五個無辜的人 綁在電車軌道上 一輛失控的電車朝他們駛來 並且片刻後就要碾壓到他們 幸運的是你可以拉一個拉桿 讓電車開到另一條軌道上 但是還有一個問題 那個瘋子在那另一條軌道上 也綁了一個人 考慮以上狀況 那麼你要不要拉拉桿 或許你會覺得這個問題很無聊 可是當你真的直面這個問題的時候 你會發現 無論你做什麼選擇 都是不道德的 選擇一 你不拉拉桿 你明明可以拯救五個人的生命 但你卻無動於衷 你是不道德的 選擇二 你拉了拉桿 也許你是拯救了五個人 但同時你殺害了一個無辜的人 對於無辜的人來說 你剝奪了他的生命 你是殺人兇手 網上很多人對於這個問題的看法 認爲不作爲就是不犯法 因爲這五個人的死亡是必然的 如果自己拉動了拉桿 那麼那一個人的死亡 你就負全責 但是生命的價值 無法衡量五個和一個的對比 看起來很好分析 但事實上 沒人能去判定 電車難題與其說是悖論 不如說是一個法律倫理中 難以辯駁出勝負的難題 話說一艘在海上航行了幾百年的船 被不間斷的維修和替換部件 只要一塊木板腐爛了 它都會被替換掉 以此類推 直到原先所有部件都已經換掉 那麼 重要的哲學問題來了 這艘船 是否還是原來的 特休斯之船 如果不是 那麼從什麼時候 它便不再是原來的船了 哲學家托馬斯·霍普斯 後來對此進行了延伸 如果用特休斯之船上取下來的老部件 來重新建造一艘 那麼哪個纔是真正的特休斯之船 有一種答案是這樣 如果我們把這艘船看作是所有部件的集合 這個集合的名字 當我們換掉一塊木板 這就變成了一個新的集合 它已經不是原來的特休斯之船 只不過保留了過去的名字而已 然而上面的答案會產生一個問題 如果把船替換成我們自身 我們的身體在不停地進行自我修復 不斷拋棄老化生病的細胞 不斷產生新的細胞來替代 如果我只是我的細胞的集合 那麼明天的我將不再是我 對於哲學家 特休斯之船被用來研究身份的本質 特別是討論一個物體 是否僅僅等於其組成部件之和 一個更現代的例子就是 一個不斷發展的樂隊 直到某一階段 樂隊成員中沒有任何一個原始成員 這個問題可以應用於各個領域 對於企業 在不斷併購和更換東家後 仍然保持原來的名字 對於人體 人體不間斷地進行着新陳代謝和自我修復 這個實驗的核心思想在於 強迫人們去反思身份 僅僅侷限在實際物體和現象中的這一常識 而本人的看法是 不管是船還是人類的身體 或是天上的太陽月亮等等 都是不存在的 比如氫原子 碳原子 這些不也都是人類想象出來的嗎 所有你能摸得到的東西 或想象到的物體都不存在 這些都是人類定義出來的東西 是一種概念性的 既然如此 克修森之船就很好解釋了 因爲船是人類自己創造出來的一種概念 所以從一開始 船就不存在 雖然過於違心 具備的現實意義有限 但這就是終極答案嗎 不是 之所以稱之爲思想性實驗 因爲它們在具體的生活中是很難 或者是不可能被驗證的 但是這些思想實驗 的確推動了人類思維 在某種程度上的躍進 比如老愛 學習知識要善於思考 思考再思考 我就是靠這個方法成爲科學家的 永遠不要停止思考 相信此時此刻能完整看完視頻的你 以後必成大器 哦 忘了記得點贊 下期我們再見 拜拜 我們才能看到 這就是今年諾貝爾物理學獎得主羅傑 彭羅斯的宇宙審查假說 當我在看到這個理論的時候 第一個反應就是宇宙怎麼跟智能生物一樣 還懂得如何篩選信息 一些好理解的基本的信息會慢慢的展現給你看 那種涉及到宇宙奧祕的 比如黑洞 氣點就藏起來 不讓你看到羅傑彭羅斯是今年諾貝爾物理學獎的得主之一 今年之所以能得獎並不是因爲這個假說 而是跟他在1965年編寫的引力坍塌和時空氣點的論文有關 霍金在當年知道了彭羅斯的這個課題 也非常感興趣 並且和彭羅斯一同合作發展了宇宙的氣點理論 如果說史蒂文霍金仍然在世 今年的諾獎也會有他的一份 氣點理論是羅傑彭羅斯和史蒂文霍金一生都在研究的課題 但提到氣點 我們就不得不先聊聊這個形成氣點的天體 黑洞1783年 劍橋的一位老師約翰·米歇爾發表了一篇關於暗星的論文 他認爲宇宙中存在着一種天體 其密度非常大 擁有連光都無法逃逸的引力 但這種超前的理論並沒有引起重視 直到1915年 愛因斯坦發表了廣義相對論 記住這個時間愛因斯坦偉大從這裏開始 簡單來說 廣義相對論是現代物理學中基於相對性原則 利用幾何語言描述的引力理論 可能有點難以理解 但沒有關係 我們之後會專門做視頻講解廣義相對論和狹義相對論 今天我們不要求你能聽懂相對論 你只需要記住它跟引力有關 愛因斯坦在廣義相對論中預言了某些大質量紅星在死亡後 會形成極度扭曲 以至於光線都無法逃逸的區域 這就是我們經常所說的黑洞 廣義相對論的發表在當時顯得格格不入 不受人待見 但隨着後來觀測技術的逐步提高 廣義相對論中一個個預言都被實驗所驗證 廣義相對論曾經預言引力波的存在 直到2015年 人類才建造出了能直接觀測到引力波的大型設備 而愛因斯坦提出這個理論卻在一百年前 另外 廣義相對論還是現代宇宙學中宇宙膨脹理論的基礎 但其實愛因斯坦在當年 他也沒有料想到宇宙處在膨脹的運動狀態 就因爲這事 他還給自己的廣義相對論補充了一個宇宙常數方程 應該加以完善 但後來哈勃發現了宇宙一直在膨脹 這就讓愛因斯坦很後悔自己補充了這個宇宙常數方程 但這個方程並非沒有用 在如今被運用在暗能量領域剛剛好 感謝你的小夥伴 記得關注我們 後期我們會專門做關於暗能量的視頻 廣義相對論預言了致命天體黑洞的存在 到了2019年 天文學家終於發佈了人類歷史案的第一張黑洞照片 而洛傑·彭羅斯在1965年就開始和霍金一起研究起了愛因斯坦的廣義相對論 然後他們一同證明了 奇點可以在大質量星體的重力探索中形成 例如黑洞 黑洞的中心是擁有密度無限大 體積無限小 引力無限大 時空曲率無限大的奇點 而這個奇點就是宇宙對我們隱藏起來的東西 霍金和彭羅斯都認爲 恆星內部探索成奇點的過程一定會伴隨着世間世界的產生 由於世界世界的存在 所以奇點無法被直接觀測到 而彭羅斯就此提出了這個宇宙審查假說 宇宙把這個能吞噬光線的怪物隱藏起來了 我們只能看到黑洞的世間世界 並不能直接觀測其內部 就因爲彭羅斯的這個宇宙審查假說 霍金在1991年還和另外一名物理學家吉普·索恩打了個賭 霍金認爲黑洞是由奇點和周圍的世界世界組成 光子無法逃逸到世界世界之外 黑洞內部也無法被直接觀察 由於存在某種我們不能理解的量子引力的自我審查 奇點就一定觀測不到 而吉普·索恩也是個著名的理論物理學家 退休之後就和諾蘭一起拍電影 與其說他拍的是科幻大片 不如說是科普大片 經常和霍金作對的吉普·索恩 他就堅持認爲裸奇點可能會存在 這裏講到一個稀有名詞 裸奇點 通俗易懂的說 就是能讓你在現實中看到的奇點 也就是裸露在外的奇點 直到1997年 哥倫比亞大學的馬特·喬普圖克通過計算機模擬發現 在某種特定的初始條件下 裸奇點能夠形成 但幾率非常非常低 低到不太可能會實現 但物理學絕對和非絕對水火不容 哪怕概率非常低 霍金就不服了 他覺得概率太低了 不太可能形成 但不管是否存在裸奇點 目前我們已知的宇宙中 黑洞的存在已經打破了人類的最高認知 雖然相對論解釋了黑洞的存在 但是量子物理學領域 奇點成了這兩者的矛盾點 遇事不決 量子力學 微觀下的量子力學和宏觀下的廣義相對論 結合之後的理論叫做量子引力 這個理論目前還處在構想狀態 它的出現是科學界抱以期望的 因爲這兩者如果能夠結合 必然得出的就是萬有理論 即宇宙法則 今天我們就不做詳細的講解 之後我們會專門出量子引力的視頻 羅傑彭德斯作爲今年諾獎的獲得者之一 他在理論物理學領域也必然擁有一席之地 能夠在研究引力奇點的同時 給出這樣一種假設 也是建立在一定的理論基礎上 雖然對於黑洞奇點沒能給出最優解 但他對於研究黑洞做出的貢獻 也是諸多物理學家所沒有做到的 彭德斯還是個頗具爭議的哲學家 提出這樣一個頗具哲學性的課題 在物理學界自然也獲得了不少爭議 不過宇宙審查假說也擁有一定的合理性 自1915年愛因斯坦發表了廣義相對論 預測了黑洞的形成 預測了引力波的存在 這些在如今都已被官司證實 就說明了廣義相對論 在如今的天文物理學領域 擁有非常高的地位 對於航天航空也做出了非常巨大的貢獻 而黑洞的照片 也在2019年 終於第一次進入人類的實現 這麼一個奇異天敵的存在 其實是顛覆了人類的所有認知 光在我們的物理學上 已經是所有物質的極限了 黑洞中的氣電能夠連光都吸收掉 那麼其能量 彼岸也是人類無法想象的 製造巨大能量的天體 直接吸收掉這個宇宙中最基礎 最重要 也是最常見的東西 肯定有這個宇宙中所存在的祕密 也可能和我們看不到的暗能量 如果人類可以理解 發現 觀測這些宇宙中藏起來的東西 可能人類的文明就能進入下一階段 黑洞在我們這個宇宙 目前已經不算是新鮮事了 據天文學家觀測 在我們的銀河系中心 就存在着超大質量的致命天體 周圍佈滿了大大小小的恆星 而這些恆星 更像是給這個巨大的看不見的天體 當做食物 大多數星系中央 都存在着超大質量黑洞 在脫星星系的同時 也在捕食着周圍的恆星獲取能量 而它應該是宇宙對我們隱藏起來的 最關鍵的轉換機器 我是一號 帶你探索宇宙 1998年 三位科學家共同向外界公佈 宇宙的膨脹速度不是恆定的 而是一直處在加速狀態下 也就是宇宙膨脹的速度不會減慢 更不會剎車 只會越來越快 這個發現一經公佈 轟動了整個天體物理學界 因爲這個發現 會導致一個非常不可思議的後果 那就是我們可能會發現 我們的宇宙不是唯一的宇宙 而是龐大的複合宇宙中的一部分 也可以說是多元宇宙中的一部分 你可能會覺得這有些匪夷所思 但經過人類的觀察 這個說法很可能是正確的 1929年 當哈勃發現宇宙處在膨脹過程中時 他意識到那些距離我們遙遠的星系 都在慢慢的遠離我們 慢慢的建立屬於他們自己的空間 所有的星系都在慢慢的 獨立的形成自己的世界 而這些世界都在加速遠離我們 但在當時 人類普遍認爲宇宙處在靜止狀態 就連愛因斯坦也這麼認爲 即便是哈勃發現了宇宙處在膨脹狀態 有一個條件大家都還是確定的 因爲萬有引力說了 天體星系之間都有引力 即便是宇宙處在膨脹狀態 那麼星系之間的遠離速度也一定會減速 就好像你往天上拋了一個蘋果 這個蘋果的加速度肯定會越來越慢 這種說法一直維繫到20世紀末 也就是我們剛開始提到的那三位科學家 他們覺得這是個很有意思 也很有意義的事情 便投入到測量宇宙膨脹速度的工作中 他們通過沒日沒夜的觀察 通過記錄遙遠星系的膨脹率 隨時間的變化 最終發現了一個驚人的事實 宇宙的膨脹速度沒有減速 而是一直處在加速中 並且這個速度越來越快 這個發現就好像你往天上扔了一個蘋果 而這個蘋果並沒有因爲地球引力而減速 而是越來越快的往天上飛去 最終消失在你的視野裏 如此重要的觀測結果 三名天文學家實至名歸 獲得了2011年的諾貝爾物理學獎 但這個觀測只是開始 他提出了一個人類難以回答的問題 究竟是什麼力量讓蘋果不從天上掉下來 而是越發的加速往天上飛 究竟是什麼東西推動這些遙遠的星系 不斷脫離相互間的引力 而越發的往宇宙深淵中擴散 即便是現在的我們去理解引力 還是會覺得它就是東西相互吸引 互相拉扯的感覺 這個形容本沒有錯 但是解釋不了宇宙爲什麼會加速膨脹 但是愛因斯坦卻不這麼認爲 他在廣義相對論中指出 引力可以把東西吸附到一起 也可以把東西推開 愛因斯坦的這個理論模型 我們已經在視頻裏反覆提及了很多次 愛因斯坦覺得空間和時間應該是交織在一起 然後形成了一個類似時空毯這麼一個東西 有質量的東西就會把周圍的時空給壓彎 形成自己的一個坑 但如果是這樣 那麼空洞的空間中 一定存在着我們看不見的物質 就好像我們把球扔進水裏 而水會填滿這個球周圍的空間 如果這個球再以高速自轉 周圍的水也必然會和時空毯一樣 形成一個它特有的時空彎曲的結構 那麼在宇宙空間中 是不是也有類似水一樣的東西 雖然我們目前不知道這種東西究竟是什麼 但人類已經給它起了個神祕的名字 暗能量 暗能量和引力之間起到相反的作用 引力在讓天體之間相互靠近的同時 暗能量起了反作用力 它排斥引力 讓每個星系互相排斥 驅使宇宙的膨脹速度加快 這個解釋讓人類對宇宙有了全新的認識 之前我們講過一件事 就是廣義相對論提出的時候 是預言宇宙處在膨脹狀態的 但愛因斯坦和當時的大衆都認爲宇宙是靜態的 所以愛因斯坦給自己的廣義相對論 譜成了一個宇宙常數方程 這個方程讓廣義相對論滿足了宇宙是靜止狀態下的條件 但後來哈勃發現了宇宙是膨脹的 所以愛因斯坦非常後悔 自己搞了這麼一個多餘的公式 但我們前面提到這三位科學家 發現愛因斯坦的宇宙常數方程不一般 用在暗能量領域剛剛好 因此他們得出了讓宇宙產生膨脹現象的能量爲 1.38乘以10的-123四方克每立方厘米 一個非常非常小的數字 如果把它打在屏幕上是這樣的 雖然有了一個確切的數字 但想研究這麼小的微觀世界難度很大 人類目前還沒有辦法解開這個謎團 但沒有關係 應該只是時間問題 而想要在微觀世界中解開宏觀宇宙的祕密 我們就需要進入下一個理論 這個詞對於很多人來說應該比較陌生 當然也包括我自己 首先 弦理論是什麼 我們之前講過物理學家們一直想要找一種理論 能融合愛因斯坦的廣義相對論和微觀下的量子力學 而弦理論就是這個理論模型中 慾望能夠實現的大一統理論 也就是量子引力理論 而這也是愛因斯坦和牛頓一直想要找尋的宇宙真理 宇宙法則 不過你肯定也知道這個很難 弦理論其實很好理解 任何物質都是由分子原子粒子組成 如果你願望微小的世界探索 你會在這些粒子中找到別的東西 那就是一個小小的能量線 它就好像琴絃一樣 通過不同的振動會形成不同的音符 同樣這些基本的弦在通過不同模式的振動會形成不同種類的粒子 比如電子 夸克 中微子 光子等所有的粒子都是基於 這個模型產生 但目前弦理論還處於理論階段 只能算上一個數學模型 並不能說是嚴謹的物理學 而且弦理論的研究還牽扯出了另外一個完全陌生的領域 其他維度空間 我們都知道通常的三維空間就是高度 寬度和深度三個方向 但弦理論認爲在極小的尺度下還會有附加維度的出現 但是因爲太小 我們如今的科技水平還探測不出 如果很難理解 可以想象一下其他維度的空間是被摺疊起來了 而被摺疊起來的維度會限制弦的振動 在弦的世界裏振動就是一切 即使這些空間被摺疊起來了 但依然還會影響空間結構 而這些額外的形狀 如果我們能夠測量計算出來 那麼我們就能夠計算出暗能量的總量 但目前還是那個問題 我們不知道這些額外維度的形狀 只能通過數學模擬一些形狀 但問題又來了 一開始的數據模型可能會很少 可以通過一個個去分析它們 記錄物理性質和數據 但隨着時間的推移 這些額外維度的形狀 遠比我們想象的要多 一個個去發現觀察不切實際 顯然理論永遠不會做出確定的 可檢測的預測 但從另外一個角度考慮 它們有沒有把我們帶到多外宇宙的可能性 甚至說額外被壓縮的空間內 是否是真實平等的其他維度宇宙 抱着這個問題 2019年諾貝爾物理學獎得主的三位物理學家 對於暗能量和暗物質的研究 揭開了我們這個宇宙中暗藏的未知世界 在我們這個世界或者是宇宙中 我們可見的可檢測的物質 只能佔到整個宇宙的5% 而暗物質和暗能量 卻要佔到這個宇宙空間的9.5% 這種猜測被譽爲現代宇宙學的開端 但儘管是這樣 詹姆斯皮布爾斯也說了 人類目前所有的一切 都無法觀測暗能量和暗物質 在這個基礎上 我們是否可以理解 這些潛在的暗能量和暗物質 並不屬於我們這個時空 而是被壓縮在其他維度 屬於其他的空間呢 但回過頭來 星系在被強大的暗能量推動時 它們的運動 屬於我們的這個宇宙空間 那麼這些暗能量 因此也應該屬於我們這個宇宙 那麼暗能量究竟屬於怎樣的存在 我們不得而知 不過爲何科學家如此確信暗能量的存在 記得關注我們 後面我們會專門做視頻 進一步講解 弦理論說到這裏 我相信大家已經一頭霧水了 簡單來總結一下 弦理論是建立在極小物質下的理論模型 我們人類目前所能觀測到最小的物質 是粒子 而弦的振動構成了這些人類 目前所能觀測的最小物質 不過對於弦理論模型 目前還只是建立在理論基礎上 想要看到這個振動弦 現在還不可以 弦理論目前最讓人難以理解的 還是維度領域 愛因斯坦曾把我們這個宇宙 看作是三維空間 加上一維時間 即四維時空 在1926年 德國數學家又在這個基礎上 添加了一個空間維 而這個額外的維度 和絃理論中的其他維度 都被稱爲額外維度 這些維度目前都已經被緊化 怎麼理解呢 時空本來是沒有尺度的 我們也無法丈量時空 但這些被緊化的時空 被壓縮成了有限的週期性結構 就比如圓 無限空間尺度 被摺疊成了有限的圓形結構 那麼我們的這個四維時空 是不是也被壓縮過 這就到了我們今天要講的最後一部分 三 宇宙大爆炸 之前的視頻 我們有聊過白洞這個東西 曾經有科學家認爲 我們這個宇宙是經過黑洞吸收物質 然後白洞爆發 噴射物質形成的 但在弦理論中 空間是可以被摺疊的 而我們這個宇宙 目前的維度可能是十一維 而其中只有三維展開了 外加一維的時間 不管是白洞還是弦理論 我們這個宇宙的起源 目前最有說服力的就是大爆炸 遙遠的138億年前 大爆炸之後 我們的宇宙形成了現在的四維時空 爆炸產生的物質 形成了天體 生命 但最讓科學家頭疼的是 這個爆炸的能量是從哪來 下面我們講一個新名詞 爆炸宇宙學 這個理論爲宇宙大爆炸 顯示了一種特殊的燃料 這種燃料會自然產生 向外衝的力 而這個燃料就是傳說中的量子廠 什麼是量子廠 關注我們以後你就知道了 量子廠這種燃料非常高效 它幾乎不可能用完 所以就意味着 大爆炸出現在我們宇宙中 不是一次性的事件 也就是說 這個爆炸在產生我們宇宙的同時 也可能會產生許多其他的東西 有可能就是其他的宇宙 那麼我們宇宙泡泡 很可能和很多宇宙泡泡一起 存在於一個更大的宇宙泡泡裏 然後我們再回到弦理論這裏 我們先來看這張圖片 這些宇宙每一個都有額外的維度 額外的維度也都有不同的形狀 不同的形狀產生了不同的物理特徵 我們發現我們在一個宇宙中 而不是在另外一個宇宙中 單單是因爲我們這個宇宙的物理特性 就拿暗能量舉例 暗能量的總量 正好是以我們人類的生存 但如果我們這個宇宙存在 那麼我們是否能確定其他宇宙的存在 爆炸理論中推測 宇宙大爆炸的瞬間 把空間快速擴張 把微小的量子從微觀世界 拉伸到了宏觀世界 然後產生了一個獨特的畫面 一個有熱有冷的宇宙指紋 它叫宇宙微波背景輻射 如果真的有一天 我們的宇宙和其他宇宙相撞了 有可能會在深空中產生微妙的溫度變化 如果有一天我們人類探測到這樣奇特的照片 那可能我們人類就發現了 另外一個宇宙的存在 那麼如今的物理學 人類的所有觀念都會發生改變 我們的宇宙不是靜態的 而是膨脹的 而且我們的宇宙之外還有宇宙 但如果我們的宇宙一直處在膨脹狀態中 而且一直沒和別的宇宙發生碰撞 最後只會產生一種情況 宇宙在加速過程中 其外部星系被持續加速到超過光速 那麼所有的星系將會慢慢遠離 直到宇宙深空中一片死寂 如果我們人類還能生存到那一天 最後的結果一定是這樣 未來人類已經發展到了一定程度的高科技文明 但他們的世界也將只會有銀河系的存在 因爲所有周圍的星系都已經以光速遠離 他們能看到的宇宙空間也將會是一片黑暗 即使我們如今的星系照片得以保存到哪個時候 但他們的科學家用最先進的設備 都發現不了這些我們曾經保留的星空 他們一定會認爲 這些也都只是原始人類的美好想象而已 我是一號 帶你探索宇宙