第一样本—时空

"玄"

随着现代物理的快速发展,宇宙的神秘面纱被一层层揭开,仰望宇宙时总为其精妙和深邃所折服,若要论神奇,恐怕神话故事在宇宙面前也要黯然失色。

《西游记》中兵器排行榜第一名的,无论是如意金箍棒,还是九齿钉耙,它们都是在太上老君的八卦炉里,以六丁神火炼制出来的。

在大爆炸的初期,宇宙体积极小,密度极大,温度极高,在接近1.4亿亿亿亿度的高温下,演化出时空。

此后,宇宙持续膨胀,温度一直下降,再也没有出现极端的条件,足够在整体上颠覆时空结构。

1.4亿亿亿亿度比六丁神火如何,这似乎是煅造宇宙的温度;时空比如意金箍棒如何,可大可小,可演化出万物万象。

神奇的表象,离不开神奇的样本:我们共同所处的时空。

"玄之又玄,众妙之门"

"空"

很难想象,没有了时空的微观粒子、宏观物质会以什么形式存在。但是可以想象,在宇宙极早期,还没有任何物质,没有基本粒子,宇宙里只有空间。空间本身就是演化出来的一种事物,作为这个宇宙后来演化的基石。

至今,我们所处的时空或许已经存在138亿年。看似空无一物的“真空”,看似无用。无用之用,是为大用。

时空出现在宇宙极早时期,我们用科学方法探索时空却始于近代。人类认知大多始于表象,从表面现象总结规律,然后探寻其本质。

物理学家左手望远镜,右手显微镜看向宇宙的最深处和空间的最细微之处,观察天体运动,寻找基本粒子,研究光电磁等现象,一步步寻根探源,种种表象的背后,其实现机制或许都隐藏在时空的秘密当中。

时空看不见,抓不住,万物时时刻刻身处其中。

"出六根门头,出入来去,通畅自如,运用万端,无滞无碍"

在爱因斯坦的狭义相对论中,时间和空间不再是绝对的和分离的,而是一个相对变化的统一体,即时空。而光速是测量时空的共同尺子,物体穿越时间的速度与穿越空间的速度之合为常量c,大约每秒30万公里。推到广处,万物都以同样的速度在时空中穿梭,穿越时间的速度与穿越空间的速度之合为c。

广义相对论描述的时空在整体上是平滑均匀分布的,点缀其中的星系造成了局部时空不同程度的扭曲。用一句话来概括广义相对论:“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动”。

相对论方程组描述了各种条件下的天体在空间中的存在形式,由于过于超前而不被同时代的人完全理解,证明其正确性的样本被找到,已是理论发表之后数十年。

在量子力学的世界里,虚无的时空并不是真正的空无一物,而是充斥着各种运动,微观粒子不停的产生和消亡。

弦理论认为,空间中存在一些额外的维度,这些额外维度会和自身重叠,纠缠成一个超级复杂的几何结构,这些维度只存在于极微观世界且无法观测。

把空间想象成纯净的水,生活在水的鱼感觉到水是连续没有缝隙的,而构成水的水分子,氢原子,氧原子都有精细而复杂的结构。

空间就像一个硕大无比的软体物质,填满整个宇宙。穿梭其中的,大到星系,小到微观粒子都和空间进行着能量交换。能被察觉到的能量交换,以声、光、电、热、磁等形式被人类感官感知。

时空与物质的合力,使物质呈现千万种形态;光子在时空中穿梭,使物质被看见;时空的光,电,磁,波等性质支撑人类通信技术一路发展。所有事物都离不开空间,都以空间为中介人类对时空的了解只是皮毛,对时空的开发只是表面,而带给人类的福泽已是如此丰厚。

在宇宙138亿年的历史中,时空持续膨胀,现可观测体积大约为930亿光年。时空中演化出微观粒子,演化出量子力学规律,演化出宏观物质,演化出相对论规律,演化出认知系统,通信系统,在演化中,认知系统发现这些规律,运用规律。

在空间上,小至普朗克长度,大至整个可观测宇宙的930亿光年;在时间上,从138亿年前直到现在。这样的时空范围,是人类目前无法跨越的边界,所有的科学知识和想象力,已知的现象和物质,各种形式的人类成果,都仅限于时空边界之内。

5%的可见物质无法主导宇宙的演化,我们看见的这些物质并不是宇宙的主体,只是镶嵌在空间中点缀,或许恰好因为少而显得弥足珍贵。

时间依然往前,空间继续膨胀,有限无界。

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