星际穿越的笔记(65)

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23 引力异常，墨菲口中的“幽灵”

闻夕felicity (此时正是修行时)

引力异常是一种特殊的引力现象。之所以这样说，主要是因为这些现象不符合我们目前对宇宙的理解，或者不符合我们对控制宇宙运行的物理定律的理解。比如，在电影《星际穿越》中，墨菲认为书的掉落是因为幽灵在作怪。自1850年起，物理学家们付出了很多努力去寻找引力异常，并且花费了很多精力去理解已经发生的少数事件。为什么要这么做呢？因为任何真实的引力异常事件都可能引发科学革命，并将彻底颠覆我们所认为的科学事实。事实...

2021-01-22 18:01:00

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五维空间的引力难题

闻夕felicity (此时正是修行时)

回想太阳的引力线（见第1章），就像地球和其他球形物体一样，径向地指向它的中心，并将周围的天体沿着引力线的方向拉向太阳（见图22-1）。太阳的引力强度与引力线的密度（穿过固定区域的引力线的数目）成正比。因为在横截面处（球面），穿过的引力线有两个维度方向，所以引力线的密度会随r的增加呈1/r2衰减，引力强度也是如此。这就是牛顿的平方反比引力定律。图22-1 太阳周围的引力线弦理论（string theory）认为，引力在高...

2021-01-22 18:00:20

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超体生物的特征和他们的引力

闻夕felicity (此时正是修行时)

如果存在超体生物，他们是由什么构成的？当然不可能像我们一样由原子构成的物质组成。因为原子有三个空间维度，只能存在于三维世界中，在四维世界中不存在。亚原子粒子也是如此。此外，电场、磁场（见第1章）以及束缚原子核的力都只存在于三维世界中。如果我们的宇宙真是高维超体世界中的一张膜，那么物质、场和力是如何表现的？世界上某些最聪明的物理学家们一直在非常努力地理解这一点。他们的研究结果相当确定地指出，人类...

2021-01-22 17:59:58

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二维膜与三维超体的碰撞

闻夕felicity (此时正是修行时)

1844年，埃德温·艾勃特（Edwin Abbott）写了一部讽刺小说《平面国》[1]（封面为图21-1所示）。尽管这部小说中针对维多利亚时期文化的讽刺在今天看来有些古怪，并且书中对女士的态度也十分无礼，但是它描述的场景和电影《星际穿越》紧密相关，我推荐大家读一下。图21-1 第一版《平面国》的封面这本书讲述了一个正方形生物的冒险故事。这个正方形生活在一个名为“平面国”的二维宇宙中。他去过一维宇宙“线国”和零维宇宙“点...

2021-01-22 17:58:38

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超体：真实还是虚构？

闻夕felicity (此时正是修行时)

1984年，这种认识发生了改变，而且是彻底的改变。伦敦大学的迈克尔·格林（Michael Green）和加州理工学院的约翰·施瓦茨（John Schwarz）在寻求量子引力理论发现的工作上取得了重大突破。[2]但让人感到奇怪的是，只有假设我们的宇宙是一个嵌在超体中的膜时，他们突破性的结果才能够成立。这个超体有一个时间维度和九个空间维度——比我们的宇宙膜多了六个空间维度。格林和施瓦茨所从事的数学理论叫作“超弦理论”。这个理论指...

2021-01-22 17:58:01

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原初引力波，宇宙诞生一瞥

闻夕felicity (此时正是修行时)

20世纪90年代早期，宇宙学家们意识到，这些10亿光年波长的引力波应该会在填充满宇宙的电磁波背景——所谓的宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background，CMB）——上留下独特的印记。这样，一个圣杯式的研究工作便浮现了出来：寻找存在于宇宙微波背景辐射上的原初引力波的印记，通过研究这些印记，推断产生这些印记的原初引力波的性质，从而探索宇宙的诞生。 2014年3月，就在我写作此书的同时，宇宙微波背景辐射上的原初引...

2021-01-22 17:56:46

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超级发达文明，可穿行虫洞的唯一希望？

闻夕felicity (此时正是修行时)

在电影《星际穿越》中，罗米利（Romilly）用一张纸和一支笔演示了我刚才陈述的创造虫洞的方法（见图13-9）。从旁观者的角度来看，这个过程非常简单，就是玩玩纸和笔，但是如果这张纸就是我们的宇宙膜，创造者是生活在我们宇宙膜上的文明，所有操作只能在我们的宇宙膜内完成，那么这个过程将无比艰难。实际上，除了第一步——在空间中向高维度的方向推出一个锥体（我们只需要一个非常致密的天体，例如中子星），我根本不知道其他...

2021-01-22 17:56:06

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虫洞是否可以像天体一样在宇宙中自然存在？

闻夕felicity (此时正是修行时)

为什么我对虫洞的自然产生如此悲观呢？因为我们没有看到宇宙中的任何天体在它们“变老”的时候变成虫洞。相反地，天文学家们看到了许多大质量恒星在耗尽核燃料时塌缩成了黑洞。另一方面，人们有理由期望虫洞以“量子泡沫”[3]的形式自然地存在于亚微观尺度上（如图13-7所示），这个量子泡沫是一个假想的虫洞网络，泡沫会持续不断地在出现和消失之间波动，而这种波动的方式被我们目前还不是非常清楚的量子引力理论所控制（见第2...

2021-01-22 17:55:38

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《超时空接触》，一个可穿越虫洞的疯狂构想

闻夕felicity (此时正是修行时)

任何可穿行的球对称虫洞一定是由某种具备负能量的物质支撑着的。这些物质的能量至少要和光束（或者其他以近光速运动的物体）穿行虫洞时所承受的负能量相当。[1]我把这种具有负能量的物质称为“奇异物质”（exotic matter）。[2] 令人惊异的是，现有的理论表明，奇异物质是可以存在的，当然这要归功于量子物理里面那些奇怪的法则。物理学家们甚至在实验室里制造出了极少量的奇异物质——实验是在距离极近的两个导体板之间实现的...

2021-01-22 17:55:09

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虫洞的塌缩

闻夕felicity (此时正是修行时)

图13-3的图a表示的是，最初，我们的宇宙有两个相互独立的奇点。随着时间的流逝，两个奇点终于在宇宙的高维超空间里面相互连通，创造出了虫洞（见图b）。然后，虫洞的周长不断膨胀生长（见图c和图d），然后虫洞又开始收缩断开（见图e），最后留下两个独立的奇点（见图f）。诞生、膨胀、收缩和断开的整个过程是在极短的时间内完成的，任何东西都无法在这么短的时间里从虫洞的一端穿越到另一端，即便光也不行。任何尝试在如此短的...

2021-01-22 17:54:12