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妈咪说MommyTalk, 平行宇宙真的存在吗?物理学家眼中的平行宇宙长什么样?

平行 宇宙 真的 存在 吗 ?物理学家 眼中 的 平行 宇宙 长 什么样?

妈咪 说 知识 就是 力量 大家 好 我 是 妈咪 叔

最近 有个 新闻

说 一帮 物理学家 开始 准备 验证 平行 宇宙 的 存在 了

有 同学 问说 这 是 怎么 回事儿 啊 ?

那 正好 借着 这个 机会

今天 咱们 来聊 一下 平行 宇宙

这个 大家 应该 感兴趣 对 吧

不过 咱们 先 把 刚才 说 的 新闻 放一放

咱们 先 来 介绍 一下 什么 是 平行 宇宙 呢 ?

一般 在 科幻 作品 中 平行 宇宙 给 我们 的 印象

就是说 有 另外 一个 宇宙

那个 宇宙 里 还有 一个 我 自己

可能 在 做 不同 的 事 不同 的 职业

这 就是 一般 在 电影 中 的 桥段

当然 今天 咱们 不是 要说 幻想 中 的 平行 宇宙

而是 在 物理学 当中 允许 存在 的 一些 多元 宇宙

当然 存 不 存在 不 知道 但 确实 都 是 有理 可依 的

而且 在 物理学 当中 多元 宇宙

或者说 平行 宇宙 其实 有 很 多种

但是 每 一种 多元 宇宙 都 是 事出有因

就是 为了 解决 一些 问题 而 提出 的

或者 在 不同 理论 框架 下 的 一些 推论

那 咱们 挑 几个 主流 的 来 谈一谈

第一个 最 容易 理解 的

各位 打开 脑洞 哈

之前 咱们 说 过 我们 的 宇宙 半径 为 465 亿光年

这个 数据 叫 什么 啊 ?

叫做 可 观测 宇宙 的 范围

这 也 就 意味着

超出 465 亿光年 的 范围 并 不是 不 存在

只是 我们 不可 观测

为什么 呢 ?

因为 光速 是 有限 的 对 吧

比如说 现在 想象 这样 一个 画面

我们 站 在 地球 上 假如 我们 视力 特别 好

当 你 看到 1 亿光年 远 的 位置 的 时候

实际上 你 看到 的 就是 它 1 亿年 前 的 样子

按照 我们 使用 的 地球 时间

那么 此时此刻 这颗 星球 已经 不在 那 了

为什么 呢 ?

因为 宇宙 在 膨胀

它 现在 的 位置 要 比 你 看到 的 还要 远 一些

但是 我们 看不到

我们 看到 的 是 它 1 亿年 前 的 样子 和 位置

这 就是 光速 限制 这块 能想 明白 吧 ?

那 我们 向 10 亿光年 的 地方 看 去

就 会 看到 某 一个 天体 10 亿年 前 的 样子 和 位置

它 现在 的 位置 会 更 远 一点

最远 能 看到 多远 呢 ?

就是 137 亿年 前 宇宙 当中 光子 的 第一次 传播

也 就是 宇宙 微波 背景 辐射

这是 一个 光 行距 137 亿年 的 球体

就是 你 向 四周 看 都 能 看到 宇宙 微波 背景 辐射

这些 地方 现在 变成 什么样 了 呢 ?

不 知道 也许 现在 已经 有 外星人 了

但是 画面 还 没 传过来 呢

我们 只能 看到 它 最初 的 样子

但是 宇宙 微波 背景 辐射 这 面墙

它 现在 的 距离 我们 是 可以 算 出来 的

就是 根据 宇宙 的 膨胀 速度

它们 现在 到 我们 地球 的 固有 距离 就是 465 亿光年 左右

以 465 亿光年 为 半径 画 一个 球体

这个 直径 为 930 亿光年 的 球体

就是 我们 所说 的 可 观测 宇宙 的 范围

那 显然 这个 可 观测 宇宙 的 范围 是 会 随着 时间 增大 的

因为 最远 的 光 都 在 以 光速 像 我们 跑 啊

所以 理论 上 我们 每 一天

不 说 每 一天

我们 每 一秒钟 探测 到 的 宇宙 微波 背景 辐射 都 是 不 一样 的

都 是从 更远 的 位置 传播 过来 的

因为 可 观测 宇宙 是 以 光速 进行 拓展 的

这个 模型 能想 明白 吧 ?

好 那么 下面 就 有 有意思 的 事儿 了

理论 上 在 月球 上 的 可 观测 宇宙

和 我们 地球 的 可 观测 宇宙 都 不是 同一个

为什么 呢 ?

因为 月球 上 的 可 观测 宇宙 是 以 月球 为 球心

以 465 亿光年 为 半径 的 一个 宇宙

这个 宇宙 和 我们 的 宇宙

这 就是 两个 球体

虽然 大部分 相交 但是 会 有 一 丢 丢 相错

就是 因为 球心 不同

这个 好 理解 吧

所以 如果 按照 这种 方式 来 定义 宇宙

那么 宇宙 的 范围 和 观测者 的 位置 就是 息息相关 的

每 一个 不同 位置 的 观测者 就 都 对应 了 一个 不同 的 宇宙

这 就 像是 宇宙 本身 是 一个 大 宇宙

无边无际 的 大 宇宙

然而 由于 光速 是 有限 的

对于 宇宙 中 每 一个 不同 的 位置 来说

就 都 存在 着 一个 可 观测 的 宇宙 范围

那 咱们 举个 极端 的 例子

假设 我们 在 大 宇宙空间 当中

选取 两个 可 观测 宇宙

就是 选 两个 大 球体

一个 就是 我们 现在 所处 的 宇宙

另外 一个 特别 远

在 我们 的 可 观测 宇宙 之外

并且 这 两个 可 观测 宇宙 之间 目前 不 存在 交集

相互 独立 也 没有 因果关系

也就是说 我们 不 知道 那个 宇宙 的 任何 信息

那个 宇宙 也 不 知道 我们 的 任何 信息

因为 光 还 没 传过来 呢 还 在 路上 呢

那 在 整个 大 宇宙空间 中 我们 随机 选取 的 这个 球体

就是 这个 宇宙

会 不会 和 我们 现在 的 宇宙 一模一样 呢 ?

答案 是 有 可能

为什么 呢

这里 边 其实 还有 一个 数据 依托

就是 到 目前为止

观测 数据 表明 我们 所处 的 宇宙空间 曲率 为 0

这件 事细思 极恐

空间 曲率 为 0 就 说明 我们 所处 的 宇宙 是 一个 平直 空间

平直 空间 就 意味着 宇宙 本身 应该 是 无边 无界 的 无限大

如果 你 现在 脑海中 仍然 保留 着 有限 无边 的 宇宙 模型

该 更新 了

那个 只是 爱因斯坦 当年 提出 来 的 一种 假设

现在 的 数据 表明 我们 的 宇宙 不是 那样 的

很 有 可能 是 无限大 的

无限大 又 意味着 什么 呢 ?

这 就是 一个 概率 问题 了

无限 猴子 定理 大家 肯定 都 听 过

如果 让 一个 猴子 不停 的 随机 打字

是 要 时间 足够 长

一定 能够 连续 打出 莎士比亚 全集

再 比如说 圆周率 π 是 一个 超越数

那 其中 一定 可以 找出 所以 你 想要 找到 的 数字 组合

就 比如说 1729 就 出现 在 π 小数点 后 的 8041 位

后边 还有 呢

所以 无限大 就 意味着

你 想要 在 全宇宙 当中

找到 另外 一个 和 地球 一模一样 的 星球 一定 可以 找到

注意 这个 全宇宙 指 的 并 不是 我们 的 可 观测 宇宙

而是 假设 可以 突破 光速 的 限制

对于 全部 宇宙空间 来说 的

那 假如 我们 可以 站 在 上帝 视角

以 465 亿光年 为 半径 随机 画出 一些 不 相交 的 球体

这 就是 一个个 宇宙

这样 的 宇宙 你 依旧 可以 画出 无限 多个 来

那 同样 我们 想要 在 无限 多个 小 宇宙 中

找到 一个 和 我们 现在 一模一样 的 宇宙

不仅仅 说 地球 相同 了

连 太阳 甚至 河外星系 都 一模一样 的 宇宙

你 也 可以 做到

实际上 这 就是 所有 粒子 的 分布 概率 的 问题

而且 这个 概率 是 可以 计算 的

大概 在 10^10^118 米 距离 范围 内

就 会 存在 一个 和 我们 的 宇宙 一模一样 的 宇宙

如果 想要 找到 一个 一模一样 的 太阳系

这个 概率 大概 是 在 10^10^100 米 距离 范围 内

这个 数有 多 大 呢 ?

就是 10^100……(100 个 0 次方 ) 超级 大

我们 的 可 观测 宇宙 是 465 亿光年

这个 数 换算 成米 也 就是 4.4*10^26 米 的 量级

和 刚才 那个 数 相比 简直 弱 爆 了

当然 想要 得到 这个 结论

必须 要 有 两个 前提 假设

一个 就是 刚才 说 的 宇宙空间 要是 无穷大 的

这样 在 一个 无穷大 的 宇宙 中

因为 光速 的 限制

就 可以 划分 出 无穷 多个 可 观测 宇宙

第二个 条件 是 基于 宇宙学 原理 的 假设

就是 宇宙 在 大 尺度 上 是 均匀 和 各向同性 的

也就是说 我们 随便 以 465 亿光年 为 半径 画个 球

这 里面 包含 的 所有 物质 和 我们 宇宙 包含 的 所有 物质

应该 是 差不多 的

你 不能 说 我 在 那边 画个 球

那里 啥 也 没有 那 不行

而且 我受 光速 限制

那 你 也 会 受 光速 的 限制

站 在 这 两条 假设 基础 之上

那么 想要 在 整个 大 宇宙 中 寻找 到 一个

或者 多个 和 我们 一模一样 的 小 宇宙

结论 就是 一定 会 存在

但是 目前 它们 和 我们 并 没有 因果关系

未来 会 不会 有 呢 ?

会 有

如果 时间 足够 长

每 一个 可 观测 宇宙 都 是 在 以 光速 进行 拓展 的

早晚 所有 的 小 宇宙 就 都 会 产生 可 观测 交集

咱们 假设 存在 一个 和 地球 一模一样 的 星球

上面 也 有 一个 长 的 一模一样 的 你

当然 他 可能 和 你 进行 着 同样 的 动作

意识 都 相同 也 可能 意识 不 相同

这个 我 不好 瞎说 因为 这 就 涉及 到

意识 到底 是不是 由于 物质 粒子 排布 构成 的 问题 了

这个 不算 物理学 范畴

你 怎么 认为 都 可以

咱们 就 假设 在 未来 的 某 一天

你 的 可 观测 宇宙 刚好 把 他 的 位置 拓展 进来 了

相反 的 他 的 可 观测 宇宙 也 会 刚好 把 你 的 位置 拓展 进去 了

那么 会 发生 什么 呢 ?

什么 都 不会 发生

刚刚 拓展 进来 的 那一刻

我们 看 他 就是 微波 背景 辐射 的 样子

他 看 我们 也 是 微波 背景 辐射

就是 双方 看到 的 都 是 彼此 最早 的 样子

你 还是 不会 在 此时此刻 看到 一个 一模一样 的 自己

就是 因为 光速 限制

他 现在 的 样子 跑 到 我们 这里 来

可能 需要 一个 很 漫长 的 时间

等 传过来 的 时候 我们 这边 又 早 都 变样 了

彼此 只能 看到 彼此 的 过去

这 就是 第一种 平行 宇宙

这种 平行 宇宙 在 目前 的 理论 框架 下 是 允许 存在 的

只不过 还 不能 证明 也 不能 证伪

所以 在 科学家 眼中 几乎 不 做 讨论

第二种 平行 宇宙 叫做 泡沫 平行 宇宙

或者 叫 暴胀 平行 宇宙

这种 平行 宇宙 的 理论 依托 就是 之前 咱们 介绍 过 的 暴胀 理论

所谓 的 inflation

暴胀 理论 的 提出 是 为了 解释

宇宙 大 爆炸 理论 中 的 一些 未解 之谜

比如说 视界 疑难 、 平坦 性 疑难

还有 磁单极子 疑难 等等

这个 咱们 之前 介绍 过 了 就 不 赘述 了

暴胀 理论 认为 宇宙 初期 经历 过 一场 呈 指数 式 的 暴胀

迅速 把 宇宙 拉大 了

之后 宇宙 开始 缓慢 的 膨胀 至今

暴胀 理论 虽然 可以 解释 各种 疑难杂症

但是 宇宙 为什么 会 经历 一场 莫名其妙 的 暴胀 呢 ?

能量 是从 哪来 的 呢 ?

暴胀 理论 的 提出 者 古斯 认为

暴胀 的 产生 来源于 一个 标量 场 提供 的 能量

这个 场 叫做 暴胀 场

暴胀 场 解决 了 暴胀 的 能量 来源 问题

可是 新 的 问题 又 来 了

暴胀 为什么 又 停 了 呢 ?

暴胀 一定 是 停 了

要不然 宇宙 就 不是 今天 这个 样子 了

早 都 可能 大 撕裂 了

又 为了 解释 这个 问题

物理学家 林德 给出 了 一种 解释

他 认为 如果 暴胀 场 真的 存在

那么 暴胀 很 有 可能 就 从未 停止 过

这个 理论 叫做 永恒 暴胀 理论

那 可是 如果 暴胀 一直 在 进行

为什么 我们 感受 不到 呢 ?

解释 是 这样 的

举个 例子

比如说 我们 用 一个 吸管 在 水里 吹泡泡

咕嘟 咕嘟

你 吹 的 气 就 相当于 暴胀 场 提供 的 能量

这些 能量 并 不是 吹成 一个 大 气泡 一直 变大 了

而是 会 随机 生成 很多 个 小气泡

这些 小气泡 有大有小

这 其实 就是 所谓 的 量子 泡沫

就是说 每个 气泡 的 形成 具有 量子 抖动 的 随机性

重点 来 了

我们 的 宇宙 只是 众多 小气泡 当中 的 一个 而已

暴胀 还 进行 呢 吗 ?

还 进行 呢 我 这边 还 吹 着 呢

我们 宇宙 的 这个 气泡 形成 之后 就 和 暴胀 场 脱离 了

或者说 已经 到达 暴胀 场 某个 势能 最低点 了

就 不再 暴胀 了

现在 暴胀 的 是 一些 其他 的 平行 宇宙 而已

所以 在 永恒 暴涨 理论 框架 下

泡沫 平行 宇宙 就是 一个 必然 产物

这种 平行 宇宙 和 刚才 说 的 那种 有 什么 不同 呢 ?

泡沫 平行 宇宙 就 相当于 是 有 很多 个 平行 的 大 宇宙

每 一个 气泡 就是 一个 大 宇宙

咱们 刚才 说 的 是 在 每 一个 大 宇宙 当中

由于 光速 限制 产生 的 一些 小 宇宙

这是 区别 所在

另外 并 没有 理论 要求

泡沫 平行 宇宙 要 具有 相同 的 物理学 参数

每 一个 泡沫 宇宙 都 是 独立 发展 的

比如说 在 咱们 的 宇宙 中有 四种 基本 作用力

并且 至少 目前 看来 强度 是 固定 的

那 很 有 可能 其他 的 泡沫 宇宙 中 就 只有 三个 基本 作用力

或者 光速 比 我们 的 还 快

这些 都 有 可能

就 因为 没有 理论 限制

所以 这些 物理学 参数 有 理由 是 不同 的

但是 话说回来

到 目前为止 暴胀 场 是否 真的 存在 还是 未解 之谜 呢

所以 永恒 暴胀 理论 是否 正确 我们 也 不能 证明

而且 在 前 几年 大概 在 2014 年

也 有 一些 物理学家 认为 永恒 暴胀 理论 不太靠 谱

就是 他们 给出 了 另外 一种 暴胀 停止 的 机制

不是 像 咱们 刚才 说 的 吹泡泡 那样 的

那 自然 泡沫 平行 宇宙 也 就 不 存在 了

总之 这种 平行 宇宙 存在 争议

大家 了解 一下 就行了

下 一种 平行 宇宙 就是 量子力学 当中 的 平行 宇宙

这个 平行 宇宙 的 理论 依托 自然 就是 量子力学 了

准确 的 说 就是 波函数 坍缩 的 多 世界 诠释

咱们 再 来 回顾 一下

在 量子力学 中 认为

微观粒子 的 状态 就是 这个 波函数

是 随着 时间 精确 的 演化 的

演化过程 要 满足 薛定谔 方程

这是 一件 很 确定 的 事儿

不要 觉得 量子力学 就是 不 确定 的 不是

那 什么 不 确定 了 呢 ?

只要 波函数 一 坍缩 不确定性 就 来 了

比如说 现在 有 一个 微观粒子

在 没有 进行 观测 的 时候

我们 可以 通过 它 的 波函数 准确 的 知道

它 的 位置 和 动量 的 概率分布

比如 咱们 就 说 位置

一个 粒子 就是 俗称 的 概率 云

可是 波函数 一旦 坍缩

它 的 准确 位置 我们 是 不 确定 的

这是 一个 概率 事件

虽然 我们 知道 这个 概率

所以 说 上帝 在 掷骰子 嘛

波函数 坍缩 带来 的 问题 就是

人们 传统观念 里 的 决定论 不 适用 了

我 通过 波函数 是 可以 知道 粒子 在 每 一个点 出现 的 概率

但是 我 通过 坍缩 之后 粒子 确定 的 位置 反 推回去

这是 得不到 粒子 原有 的 波函数 的

这点 人们 很 不 喜欢

怎么办 呢 ?

有 办法

如果 微观粒子 的 波函数 在 坍缩 的 时候

会 分裂 出 很多 个 平行 宇宙 就 好办 了

我们 通过 统计 每 一个 宇宙 中 粒子 的 确定 位置

一 汇总 不 就 知道 这个 粒子 在 某 一个 位置 出现 的 概率 了 吗 ?

这样 就 可以 得到 原有 的 波函数 了

也 就 保全 了 决定论

这种 诠释 就 叫做 多 世界 诠释

它 的 提出 就是 为了 保全 决定论

明确 了 吧

但是 这 显然 又 是 一个 既 不能 证明 也 不能 证伪 的 猜想

而且 完全 靠 想象力

咱们 之前 说 的 平行 宇宙

好歹 还 能 和 我们 现在 的 宇宙 有点 关联

就是说 可能 存在 不过 离 我们 很 远

但是 这个 多 世界 诠释 的 平行 宇宙

在 哪 呢 ?

不 知道 在 哪 都 可以

反正 它 解决 了 我 决定论 的 问题

下 一个 平行 宇宙 第几个 了 我 也 忘 了

这个 平行 宇宙 来自 于弦论 和 额外 维 理论 叫做 膜 宇宙

咱们 简单 说 一下

在 早期 弦论 中 认为 构成 宇宙 的 基本 组成 是 一些 弦

就 像 橡皮筋 儿 一样

可能 有 两个 端点 也 可能 是 闭合 的

也 就是 开弦 和 闭 弦

后来 经历 了 第二次 超弦 革命

威腾 把 之前 所有 的 弦 论 进行 了 统一

给出 了 M 理论

在 M 理论 中 认为 宇宙 时空 是 11 维 的

并且 自然而然 的 得出 了 一个 结论

就是 点 可以 看做 0 维

弦 可以 看做 1 维

那 2 维是 什么 呢 ?

是 一张 膜

但是 注意 和 我们 通常 理解 的 不 一样

膜 不仅 限于 二维

比如说 在 膜 宇宙学 认为

我们 的 四维时空 就是 镶嵌 在 一个 高 维空间 里面 的 膜

膜 可以 有 很多 张

所以 也 就 可以 存在 很多 个 多元 宇宙

如果 两张 膜 之间 存在 一个 交点

那 就是 通往 另 一个 宇宙 的 虫 洞

听 起来 很 玄幻 是 吧

但 这 确实 是 物理学 的 范畴

而且 都 是 有理 可依 的

为什么 要 提出 我们 的 宇宙 是 一张 膜 呢 ?

也 是 事出有因

这个 模型 可以 解释 一些 问题

比如说 宇宙学 常数 还有 一些 其他 的 精调 问题

咱们 举个 例子

为什么 引力 在 四种 基本 作用力 中 最弱 呢 ?

如果 把 强力 的 强度 定义 为 1 强力 最强

第二 的 是 电磁力 强度 为 1/137

第三 是 弱力 强度 为 10^-6

引力 最弱 强度 仅为 10^-39

相差 这么 大 为啥 呢 ?

膜 理论 给出 了 一种 解释

膜 理论 认为 强力 、 弱力 、 电磁力

它们 只 在 膜 内 进行 作用

而 引力 的 作用 范围 不仅 限于 膜 内

在 膜 外 可以 作用

也 就是 我们 宇宙 中 表现 出来 的 引力

只是 引力 的 一个 分量 而已 所以 才 会 那么 弱

你 看 物理学家 的 脑 洞够 大 吧

等等 还 可以 解释 很多 问题

咱们 就 不 细说 了

总之 这种 膜 宇宙 就 相当于 是 高纬度 空间 的 一个个 副本

目前 也 只 存在 理论 中

好 下面 咱们 终于 可以 来 介绍 开篇 提到 的 新闻 了

物理学家 想要 验证 的 平行 宇宙 是 上述 说 的 哪 一种 呢 ?

哪 一种 都 不是

新闻 当中 提到 的 平行 宇宙

又 是 为了 解释 另外 一个 问题 而 提出 的

叫做 镜像 平行 宇宙

什么 意思 呢 ?

比如说 我们 照镜子

镜子 里面 就 会 存在 另外 一个 和 我们 的 世界 完全 镜像 的 宇宙

当然 我们 知道 这 是 假 的

可是 有 一些 物理学家 却 开始 考虑 了

这种 类似 的 镜像 平行 宇宙 会 不会 真的 存在 呢 ?

而且 无处不在 呢 ?

为什么 要 这么 想

还是 那句话 被 逼 的

有 一个 问题 好几十年 了 无法 给出 合理 的 解释

这个 问题 就是 自由 中子 的 平均寿命

有 同学会 说 不 对 啊

自由 中子 的 平均寿命 不是 15 分钟 左右 吗 ?

是 15 分钟 左右

但 有没有 一个 精确 的 答案 呢 ?

目前 还 没有

先 来说 什么 是 中子 的 平均寿命

这个 值 其实 是 通过 半衰期 计算 的

一般 对于 单个 粒子 我们 习惯 说 平均寿命

比如说 中子 、 质子 、 光子 等等

但是 对于 原子 这种 就 习惯 说 半衰期

半衰期 和 平均寿命 差 一个 ln2

平均寿命 等于 半衰期 除以 ln2

归根结底 都 是 粒子 的 衰变

自由 中子 的 寿命 很 短 15 分钟 左右

而 一旦 中子 和 质子 结合 成 原子核 了 那 就 稳定 了

所以 咱们 说 的 就是 脱离 了 原子核 的 自由 中子

那 自由 中子 的 半衰期 怎么 计算 呢 ?

人们 用 了 两种 方法

第一种 找 一小 罐冷 中子

所谓 冷 中子 就是 几乎 没有 运动 的 中子

然后 过 一段时间 我们 探测 一下 有 多少 个 中子 发生 衰变 了

自由 中子 可以 衰变 成 一个 质子 一个 电子 和 一个 中微子

正好 上期 有 同学 问

有 的 元素 好 几十亿年 的 半衰期 是 怎么 知道 的 ?

是 这样

衰变 是 一个 很 有意思 的 事儿

为什么 叫 半衰期 呢 ?

因为 衰变 符合 对数 关系 而 不是 线性关系

比如说 有 100 个 粒子

假设 半衰期 是 1 分钟

那 1 分钟 之后 就是 50 个 衰变 了

再过 1 分钟 就 不是 50 衰变 了

而是 25 个 衰变 了 每次 衰变 只 衰变 一半

如果 要是 线性 衰变 那 地球 上 的 放射性元素 可能 早 没 了

那好 几十亿年 的 半衰期 是 怎么 知道 的 呢 ?

我们 不用 等到 好 几十亿年 之后

衰变 也 不是 突然 进行 的

不是 说好 几十亿年 之后 突然 衰变 一半 了

依旧 是 一个 持续 进行 的 过程

一个 统计 过程

比如说 我们 等 个 10 分钟

没 到 半衰期 也 没有 一半 衰变 没关系

衰变 了 几个 就 记下 几个

只要 通过 衰变 关系 就 可以 计算 半衰期 了

不用 非 等 一个 半衰期 明确 了 吧

我们 就 可以 计算 出 这 一罐 中子 的 半衰期

然后 除以 ln2 得到 平均寿命

这个 办法 测量 的 中子 平均寿命 是 多少 呢 ?

大概 是 14 分 39 秒左右

第二个 办法 是 找 一束 奔跑 的 中子

然后 我们 想 办法 设 一些 关卡

来 测量 奔跑 自由 中子 的 半衰期

再 除以 ln2 得到 平均寿命

这个 办法 测量 的 结果 是 多少 呢 ?

大概 是 14 分 48 秒左右

两个 方法 本身 没什么 问题

只是 测量 结果 相差 了 大概 9 秒钟

这件 事儿 好几十年 了 不 知道 咋 回事儿

奔跑 中 的 中子 寿命长 了 9 秒钟

难倒 真的 是 生命 在于 运动 吗 ?

物理学家 不 这么 认为

所以 人们 提出 了 这样 一个 猜想

说 可能 是 中子 在 跑动 的 过程 中 穿越 了

超越 到 某个 镜像 平行 宇宙 中 了

衰变 刚好 发生 在 另外 一个 世界 了

所以 在 我们 的 世界 里 没 检测 到

这 就 导致 奔跑 的 中子 看起来 平均寿命 要长 了 一 丢 丢

这 就是 所谓 的 镜像 平行 宇宙 和 它 要 解决 的 问题

这个 听 起来 更玄幻 是 吧

不过 目前 这 还是 一个 假说

就 连 实验 其实 也 都 没 开始 做 呢

所以 建议 各位 可以 不用 太 在意

总之 媒体 是 很 喜欢 这些 小道消息 的

咱们 就 不要 管 了

那好 今天 时间 也 差不多 了 就 聊到 这

我 是 妈咪 叔 一个 较真儿 的 理工 男

下期 见 拜拜

平行 宇宙 真的 存在 吗 ?物理学家 眼中 的 平行 宇宙 长 什么样? Do parallel universes really exist? What do parallel universes look like to physicists? パラレルワールドは本当に存在するのか?物理学者にとって平行宇宙はどのように見えるのか? Существуют ли параллельные вселенные на самом деле? Как выглядят параллельные вселенные для физиков?

妈咪 说 知识 就是 力量 大家 好 我 是 妈咪 叔

最近 有个 新闻

说 一帮 物理学家 开始 准备 验证 平行 宇宙 的 存在 了

有 同学 问说 这 是 怎么 回事儿 啊 ?

那 正好 借着 这个 机会

今天 咱们 来聊 一下 平行 宇宙

这个 大家 应该 感兴趣 对 吧

不过 咱们 先 把 刚才 说 的 新闻 放一放

咱们 先 来 介绍 一下 什么 是 平行 宇宙 呢 ?

一般 在 科幻 作品 中 平行 宇宙 给 我们 的 印象

就是说 有 另外 一个 宇宙

那个 宇宙 里 还有 一个 我 自己

可能 在 做 不同 的 事 不同 的 职业

这 就是 一般 在 电影 中 的 桥段

当然 今天 咱们 不是 要说 幻想 中 的 平行 宇宙

而是 在 物理学 当中 允许 存在 的 一些 多元 宇宙

当然 存 不 存在 不 知道 但 确实 都 是 有理 可依 的

而且 在 物理学 当中 多元 宇宙

或者说 平行 宇宙 其实 有 很 多种

但是 每 一种 多元 宇宙 都 是 事出有因

就是 为了 解决 一些 问题 而 提出 的

或者 在 不同 理论 框架 下 的 一些 推论

那 咱们 挑 几个 主流 的 来 谈一谈

第一个 最 容易 理解 的

各位 打开 脑洞 哈

之前 咱们 说 过 我们 的 宇宙 半径 为 465 亿光年

这个 数据 叫 什么 啊 ?

叫做 可 观测 宇宙 的 范围

这 也 就 意味着

超出 465 亿光年 的 范围 并 不是 不 存在

只是 我们 不可 观测

为什么 呢 ?

因为 光速 是 有限 的 对 吧

比如说 现在 想象 这样 一个 画面

我们 站 在 地球 上 假如 我们 视力 特别 好

当 你 看到 1 亿光年 远 的 位置 的 时候

实际上 你 看到 的 就是 它 1 亿年 前 的 样子

按照 我们 使用 的 地球 时间

那么 此时此刻 这颗 星球 已经 不在 那 了

为什么 呢 ?

因为 宇宙 在 膨胀

它 现在 的 位置 要 比 你 看到 的 还要 远 一些

但是 我们 看不到

我们 看到 的 是 它 1 亿年 前 的 样子 和 位置

这 就是 光速 限制 这块 能想 明白 吧 ?

那 我们 向 10 亿光年 的 地方 看 去

就 会 看到 某 一个 天体 10 亿年 前 的 样子 和 位置

它 现在 的 位置 会 更 远 一点

最远 能 看到 多远 呢 ?

就是 137 亿年 前 宇宙 当中 光子 的 第一次 传播

也 就是 宇宙 微波 背景 辐射

这是 一个 光 行距 137 亿年 的 球体

就是 你 向 四周 看 都 能 看到 宇宙 微波 背景 辐射

这些 地方 现在 变成 什么样 了 呢 ?

不 知道 也许 现在 已经 有 外星人 了

但是 画面 还 没 传过来 呢

我们 只能 看到 它 最初 的 样子

但是 宇宙 微波 背景 辐射 这 面墙

它 现在 的 距离 我们 是 可以 算 出来 的

就是 根据 宇宙 的 膨胀 速度

它们 现在 到 我们 地球 的 固有 距离 就是 465 亿光年 左右

以 465 亿光年 为 半径 画 一个 球体

这个 直径 为 930 亿光年 的 球体

就是 我们 所说 的 可 观测 宇宙 的 范围

那 显然 这个 可 观测 宇宙 的 范围 是 会 随着 时间 增大 的

因为 最远 的 光 都 在 以 光速 像 我们 跑 啊

所以 理论 上 我们 每 一天

不 说 每 一天

我们 每 一秒钟 探测 到 的 宇宙 微波 背景 辐射 都 是 不 一样 的

都 是从 更远 的 位置 传播 过来 的

因为 可 观测 宇宙 是 以 光速 进行 拓展 的

这个 模型 能想 明白 吧 ?

好 那么 下面 就 有 有意思 的 事儿 了

理论 上 在 月球 上 的 可 观测 宇宙

和 我们 地球 的 可 观测 宇宙 都 不是 同一个

为什么 呢 ?

因为 月球 上 的 可 观测 宇宙 是 以 月球 为 球心

以 465 亿光年 为 半径 的 一个 宇宙

这个 宇宙 和 我们 的 宇宙

这 就是 两个 球体

虽然 大部分 相交 但是 会 有 一 丢 丢 相错

就是 因为 球心 不同

这个 好 理解 吧

所以 如果 按照 这种 方式 来 定义 宇宙

那么 宇宙 的 范围 和 观测者 的 位置 就是 息息相关 的

每 一个 不同 位置 的 观测者 就 都 对应 了 一个 不同 的 宇宙

这 就 像是 宇宙 本身 是 一个 大 宇宙

无边无际 的 大 宇宙

然而 由于 光速 是 有限 的

对于 宇宙 中 每 一个 不同 的 位置 来说

就 都 存在 着 一个 可 观测 的 宇宙 范围

那 咱们 举个 极端 的 例子

假设 我们 在 大 宇宙空间 当中

选取 两个 可 观测 宇宙

就是 选 两个 大 球体

一个 就是 我们 现在 所处 的 宇宙

另外 一个 特别 远

在 我们 的 可 观测 宇宙 之外

并且 这 两个 可 观测 宇宙 之间 目前 不 存在 交集

相互 独立 也 没有 因果关系

也就是说 我们 不 知道 那个 宇宙 的 任何 信息

那个 宇宙 也 不 知道 我们 的 任何 信息

因为 光 还 没 传过来 呢 还 在 路上 呢

那 在 整个 大 宇宙空间 中 我们 随机 选取 的 这个 球体

就是 这个 宇宙

会 不会 和 我们 现在 的 宇宙 一模一样 呢 ?

答案 是 有 可能

为什么 呢

这里 边 其实 还有 一个 数据 依托

就是 到 目前为止

观测 数据 表明 我们 所处 的 宇宙空间 曲率 为 0

这件 事细思 极恐

空间 曲率 为 0 就 说明 我们 所处 的 宇宙 是 一个 平直 空间

平直 空间 就 意味着 宇宙 本身 应该 是 无边 无界 的 无限大

如果 你 现在 脑海中 仍然 保留 着 有限 无边 的 宇宙 模型

该 更新 了

那个 只是 爱因斯坦 当年 提出 来 的 一种 假设

现在 的 数据 表明 我们 的 宇宙 不是 那样 的

很 有 可能 是 无限大 的

无限大 又 意味着 什么 呢 ?

这 就是 一个 概率 问题 了

无限 猴子 定理 大家 肯定 都 听 过

如果 让 一个 猴子 不停 的 随机 打字

是 要 时间 足够 长

一定 能够 连续 打出 莎士比亚 全集

再 比如说 圆周率 π 是 一个 超越数

那 其中 一定 可以 找出 所以 你 想要 找到 的 数字 组合

就 比如说 1729 就 出现 在 π 小数点 后 的 8041 位

后边 还有 呢

所以 无限大 就 意味着

你 想要 在 全宇宙 当中

找到 另外 一个 和 地球 一模一样 的 星球 一定 可以 找到

注意 这个 全宇宙 指 的 并 不是 我们 的 可 观测 宇宙

而是 假设 可以 突破 光速 的 限制

对于 全部 宇宙空间 来说 的

那 假如 我们 可以 站 在 上帝 视角

以 465 亿光年 为 半径 随机 画出 一些 不 相交 的 球体

这 就是 一个个 宇宙

这样 的 宇宙 你 依旧 可以 画出 无限 多个 来

那 同样 我们 想要 在 无限 多个 小 宇宙 中

找到 一个 和 我们 现在 一模一样 的 宇宙

不仅仅 说 地球 相同 了

连 太阳 甚至 河外星系 都 一模一样 的 宇宙

你 也 可以 做到

实际上 这 就是 所有 粒子 的 分布 概率 的 问题

而且 这个 概率 是 可以 计算 的

大概 在 10^10^118 米 距离 范围 内

就 会 存在 一个 和 我们 的 宇宙 一模一样 的 宇宙

如果 想要 找到 一个 一模一样 的 太阳系

这个 概率 大概 是 在 10^10^100 米 距离 范围 内

这个 数有 多 大 呢 ?

就是 10^100……(100 个 0 次方 ) 超级 大

我们 的 可 观测 宇宙 是 465 亿光年

这个 数 换算 成米 也 就是 4.4*10^26 米 的 量级

和 刚才 那个 数 相比 简直 弱 爆 了

当然 想要 得到 这个 结论

必须 要 有 两个 前提 假设

一个 就是 刚才 说 的 宇宙空间 要是 无穷大 的

这样 在 一个 无穷大 的 宇宙 中

因为 光速 的 限制

就 可以 划分 出 无穷 多个 可 观测 宇宙

第二个 条件 是 基于 宇宙学 原理 的 假设

就是 宇宙 在 大 尺度 上 是 均匀 和 各向同性 的

也就是说 我们 随便 以 465 亿光年 为 半径 画个 球

这 里面 包含 的 所有 物质 和 我们 宇宙 包含 的 所有 物质

应该 是 差不多 的

你 不能 说 我 在 那边 画个 球

那里 啥 也 没有 那 不行

而且 我受 光速 限制

那 你 也 会 受 光速 的 限制

站 在 这 两条 假设 基础 之上

那么 想要 在 整个 大 宇宙 中 寻找 到 一个

或者 多个 和 我们 一模一样 的 小 宇宙

结论 就是 一定 会 存在

但是 目前 它们 和 我们 并 没有 因果关系

未来 会 不会 有 呢 ?

会 有

如果 时间 足够 长

每 一个 可 观测 宇宙 都 是 在 以 光速 进行 拓展 的

早晚 所有 的 小 宇宙 就 都 会 产生 可 观测 交集

咱们 假设 存在 一个 和 地球 一模一样 的 星球

上面 也 有 一个 长 的 一模一样 的 你

当然 他 可能 和 你 进行 着 同样 的 动作

意识 都 相同 也 可能 意识 不 相同

这个 我 不好 瞎说 因为 这 就 涉及 到

意识 到底 是不是 由于 物质 粒子 排布 构成 的 问题 了

这个 不算 物理学 范畴

你 怎么 认为 都 可以

咱们 就 假设 在 未来 的 某 一天

你 的 可 观测 宇宙 刚好 把 他 的 位置 拓展 进来 了

相反 的 他 的 可 观测 宇宙 也 会 刚好 把 你 的 位置 拓展 进去 了

那么 会 发生 什么 呢 ?

什么 都 不会 发生

刚刚 拓展 进来 的 那一刻

我们 看 他 就是 微波 背景 辐射 的 样子

他 看 我们 也 是 微波 背景 辐射

就是 双方 看到 的 都 是 彼此 最早 的 样子

你 还是 不会 在 此时此刻 看到 一个 一模一样 的 自己

就是 因为 光速 限制

他 现在 的 样子 跑 到 我们 这里 来

可能 需要 一个 很 漫长 的 时间

等 传过来 的 时候 我们 这边 又 早 都 变样 了

彼此 只能 看到 彼此 的 过去

这 就是 第一种 平行 宇宙

这种 平行 宇宙 在 目前 的 理论 框架 下 是 允许 存在 的

只不过 还 不能 证明 也 不能 证伪

所以 在 科学家 眼中 几乎 不 做 讨论

第二种 平行 宇宙 叫做 泡沫 平行 宇宙

或者 叫 暴胀 平行 宇宙

这种 平行 宇宙 的 理论 依托 就是 之前 咱们 介绍 过 的 暴胀 理论

所谓 的 inflation

暴胀 理论 的 提出 是 为了 解释

宇宙 大 爆炸 理论 中 的 一些 未解 之谜

比如说 视界 疑难 、 平坦 性 疑难

还有 磁单极子 疑难 等等

这个 咱们 之前 介绍 过 了 就 不 赘述 了

暴胀 理论 认为 宇宙 初期 经历 过 一场 呈 指数 式 的 暴胀

迅速 把 宇宙 拉大 了

之后 宇宙 开始 缓慢 的 膨胀 至今

暴胀 理论 虽然 可以 解释 各种 疑难杂症

但是 宇宙 为什么 会 经历 一场 莫名其妙 的 暴胀 呢 ?

能量 是从 哪来 的 呢 ?

暴胀 理论 的 提出 者 古斯 认为

暴胀 的 产生 来源于 一个 标量 场 提供 的 能量

这个 场 叫做 暴胀 场

暴胀 场 解决 了 暴胀 的 能量 来源 问题

可是 新 的 问题 又 来 了

暴胀 为什么 又 停 了 呢 ?

暴胀 一定 是 停 了

要不然 宇宙 就 不是 今天 这个 样子 了

早 都 可能 大 撕裂 了

又 为了 解释 这个 问题

物理学家 林德 给出 了 一种 解释

他 认为 如果 暴胀 场 真的 存在

那么 暴胀 很 有 可能 就 从未 停止 过

这个 理论 叫做 永恒 暴胀 理论

那 可是 如果 暴胀 一直 在 进行

为什么 我们 感受 不到 呢 ?

解释 是 这样 的

举个 例子

比如说 我们 用 一个 吸管 在 水里 吹泡泡

咕嘟 咕嘟

你 吹 的 气 就 相当于 暴胀 场 提供 的 能量

这些 能量 并 不是 吹成 一个 大 气泡 一直 变大 了

而是 会 随机 生成 很多 个 小气泡

这些 小气泡 有大有小

这 其实 就是 所谓 的 量子 泡沫

就是说 每个 气泡 的 形成 具有 量子 抖动 的 随机性

重点 来 了

我们 的 宇宙 只是 众多 小气泡 当中 的 一个 而已

暴胀 还 进行 呢 吗 ?

还 进行 呢 我 这边 还 吹 着 呢

我们 宇宙 的 这个 气泡 形成 之后 就 和 暴胀 场 脱离 了

或者说 已经 到达 暴胀 场 某个 势能 最低点 了

就 不再 暴胀 了

现在 暴胀 的 是 一些 其他 的 平行 宇宙 而已

所以 在 永恒 暴涨 理论 框架 下

泡沫 平行 宇宙 就是 一个 必然 产物

这种 平行 宇宙 和 刚才 说 的 那种 有 什么 不同 呢 ?

泡沫 平行 宇宙 就 相当于 是 有 很多 个 平行 的 大 宇宙

每 一个 气泡 就是 一个 大 宇宙

咱们 刚才 说 的 是 在 每 一个 大 宇宙 当中

由于 光速 限制 产生 的 一些 小 宇宙

这是 区别 所在

另外 并 没有 理论 要求

泡沫 平行 宇宙 要 具有 相同 的 物理学 参数

每 一个 泡沫 宇宙 都 是 独立 发展 的

比如说 在 咱们 的 宇宙 中有 四种 基本 作用力

并且 至少 目前 看来 强度 是 固定 的

那 很 有 可能 其他 的 泡沫 宇宙 中 就 只有 三个 基本 作用力

或者 光速 比 我们 的 还 快

这些 都 有 可能

就 因为 没有 理论 限制

所以 这些 物理学 参数 有 理由 是 不同 的

但是 话说回来

到 目前为止 暴胀 场 是否 真的 存在 还是 未解 之谜 呢

所以 永恒 暴胀 理论 是否 正确 我们 也 不能 证明

而且 在 前 几年 大概 在 2014 年

也 有 一些 物理学家 认为 永恒 暴胀 理论 不太靠 谱

就是 他们 给出 了 另外 一种 暴胀 停止 的 机制

不是 像 咱们 刚才 说 的 吹泡泡 那样 的

那 自然 泡沫 平行 宇宙 也 就 不 存在 了

总之 这种 平行 宇宙 存在 争议

大家 了解 一下 就行了

下 一种 平行 宇宙 就是 量子力学 当中 的 平行 宇宙

这个 平行 宇宙 的 理论 依托 自然 就是 量子力学 了

准确 的 说 就是 波函数 坍缩 的 多 世界 诠释

咱们 再 来 回顾 一下

在 量子力学 中 认为

微观粒子 的 状态 就是 这个 波函数

是 随着 时间 精确 的 演化 的

演化过程 要 满足 薛定谔 方程

这是 一件 很 确定 的 事儿

不要 觉得 量子力学 就是 不 确定 的 不是

那 什么 不 确定 了 呢 ?

只要 波函数 一 坍缩 不确定性 就 来 了

比如说 现在 有 一个 微观粒子

在 没有 进行 观测 的 时候

我们 可以 通过 它 的 波函数 准确 的 知道

它 的 位置 和 动量 的 概率分布

比如 咱们 就 说 位置

一个 粒子 就是 俗称 的 概率 云

可是 波函数 一旦 坍缩

它 的 准确 位置 我们 是 不 确定 的

这是 一个 概率 事件

虽然 我们 知道 这个 概率

所以 说 上帝 在 掷骰子 嘛

波函数 坍缩 带来 的 问题 就是

人们 传统观念 里 的 决定论 不 适用 了

我 通过 波函数 是 可以 知道 粒子 在 每 一个点 出现 的 概率

但是 我 通过 坍缩 之后 粒子 确定 的 位置 反 推回去

这是 得不到 粒子 原有 的 波函数 的

这点 人们 很 不 喜欢

怎么办 呢 ?

有 办法

如果 微观粒子 的 波函数 在 坍缩 的 时候

会 分裂 出 很多 个 平行 宇宙 就 好办 了

我们 通过 统计 每 一个 宇宙 中 粒子 的 确定 位置

一 汇总 不 就 知道 这个 粒子 在 某 一个 位置 出现 的 概率 了 吗 ?

这样 就 可以 得到 原有 的 波函数 了

也 就 保全 了 决定论

这种 诠释 就 叫做 多 世界 诠释

它 的 提出 就是 为了 保全 决定论

明确 了 吧

但是 这 显然 又 是 一个 既 不能 证明 也 不能 证伪 的 猜想

而且 完全 靠 想象力

咱们 之前 说 的 平行 宇宙

好歹 还 能 和 我们 现在 的 宇宙 有点 关联

就是说 可能 存在 不过 离 我们 很 远

但是 这个 多 世界 诠释 的 平行 宇宙

在 哪 呢 ?

不 知道 在 哪 都 可以

反正 它 解决 了 我 决定论 的 问题

下 一个 平行 宇宙 第几个 了 我 也 忘 了

这个 平行 宇宙 来自 于弦论 和 额外 维 理论 叫做 膜 宇宙

咱们 简单 说 一下

在 早期 弦论 中 认为 构成 宇宙 的 基本 组成 是 一些 弦

就 像 橡皮筋 儿 一样

可能 有 两个 端点 也 可能 是 闭合 的

也 就是 开弦 和 闭 弦

后来 经历 了 第二次 超弦 革命

威腾 把 之前 所有 的 弦 论 进行 了 统一

给出 了 M 理论

在 M 理论 中 认为 宇宙 时空 是 11 维 的

并且 自然而然 的 得出 了 一个 结论

就是 点 可以 看做 0 维

弦 可以 看做 1 维

那 2 维是 什么 呢 ?

是 一张 膜

但是 注意 和 我们 通常 理解 的 不 一样

膜 不仅 限于 二维

比如说 在 膜 宇宙学 认为

我们 的 四维时空 就是 镶嵌 在 一个 高 维空间 里面 的 膜

膜 可以 有 很多 张

所以 也 就 可以 存在 很多 个 多元 宇宙

如果 两张 膜 之间 存在 一个 交点

那 就是 通往 另 一个 宇宙 的 虫 洞

听 起来 很 玄幻 是 吧

但 这 确实 是 物理学 的 范畴

而且 都 是 有理 可依 的

为什么 要 提出 我们 的 宇宙 是 一张 膜 呢 ?

也 是 事出有因

这个 模型 可以 解释 一些 问题

比如说 宇宙学 常数 还有 一些 其他 的 精调 问题

咱们 举个 例子

为什么 引力 在 四种 基本 作用力 中 最弱 呢 ?

如果 把 强力 的 强度 定义 为 1 强力 最强

第二 的 是 电磁力 强度 为 1/137

第三 是 弱力 强度 为 10^-6

引力 最弱 强度 仅为 10^-39

相差 这么 大 为啥 呢 ?

膜 理论 给出 了 一种 解释

膜 理论 认为 强力 、 弱力 、 电磁力

它们 只 在 膜 内 进行 作用

而 引力 的 作用 范围 不仅 限于 膜 内

在 膜 外 可以 作用

也 就是 我们 宇宙 中 表现 出来 的 引力

只是 引力 的 一个 分量 而已 所以 才 会 那么 弱

你 看 物理学家 的 脑 洞够 大 吧

等等 还 可以 解释 很多 问题

咱们 就 不 细说 了

总之 这种 膜 宇宙 就 相当于 是 高纬度 空间 的 一个个 副本

目前 也 只 存在 理论 中

好 下面 咱们 终于 可以 来 介绍 开篇 提到 的 新闻 了

物理学家 想要 验证 的 平行 宇宙 是 上述 说 的 哪 一种 呢 ?

哪 一种 都 不是

新闻 当中 提到 的 平行 宇宙

又 是 为了 解释 另外 一个 问题 而 提出 的

叫做 镜像 平行 宇宙

什么 意思 呢 ?

比如说 我们 照镜子

镜子 里面 就 会 存在 另外 一个 和 我们 的 世界 完全 镜像 的 宇宙

当然 我们 知道 这 是 假 的

可是 有 一些 物理学家 却 开始 考虑 了

这种 类似 的 镜像 平行 宇宙 会 不会 真的 存在 呢 ?

而且 无处不在 呢 ?

为什么 要 这么 想

还是 那句话 被 逼 的

有 一个 问题 好几十年 了 无法 给出 合理 的 解释

这个 问题 就是 自由 中子 的 平均寿命

有 同学会 说 不 对 啊

自由 中子 的 平均寿命 不是 15 分钟 左右 吗 ?

是 15 分钟 左右

但 有没有 一个 精确 的 答案 呢 ?

目前 还 没有

先 来说 什么 是 中子 的 平均寿命

这个 值 其实 是 通过 半衰期 计算 的

一般 对于 单个 粒子 我们 习惯 说 平均寿命

比如说 中子 、 质子 、 光子 等等

但是 对于 原子 这种 就 习惯 说 半衰期

半衰期 和 平均寿命 差 一个 ln2

平均寿命 等于 半衰期 除以 ln2

归根结底 都 是 粒子 的 衰变

自由 中子 的 寿命 很 短 15 分钟 左右

而 一旦 中子 和 质子 结合 成 原子核 了 那 就 稳定 了

所以 咱们 说 的 就是 脱离 了 原子核 的 自由 中子

那 自由 中子 的 半衰期 怎么 计算 呢 ?

人们 用 了 两种 方法

第一种 找 一小 罐冷 中子

所谓 冷 中子 就是 几乎 没有 运动 的 中子

然后 过 一段时间 我们 探测 一下 有 多少 个 中子 发生 衰变 了

自由 中子 可以 衰变 成 一个 质子 一个 电子 和 一个 中微子

正好 上期 有 同学 问

有 的 元素 好 几十亿年 的 半衰期 是 怎么 知道 的 ?

是 这样

衰变 是 一个 很 有意思 的 事儿

为什么 叫 半衰期 呢 ?

因为 衰变 符合 对数 关系 而 不是 线性关系

比如说 有 100 个 粒子

假设 半衰期 是 1 分钟

那 1 分钟 之后 就是 50 个 衰变 了

再过 1 分钟 就 不是 50 衰变 了

而是 25 个 衰变 了 每次 衰变 只 衰变 一半

如果 要是 线性 衰变 那 地球 上 的 放射性元素 可能 早 没 了

那好 几十亿年 的 半衰期 是 怎么 知道 的 呢 ?

我们 不用 等到 好 几十亿年 之后

衰变 也 不是 突然 进行 的

不是 说好 几十亿年 之后 突然 衰变 一半 了

依旧 是 一个 持续 进行 的 过程

一个 统计 过程

比如说 我们 等 个 10 分钟

没 到 半衰期 也 没有 一半 衰变 没关系

衰变 了 几个 就 记下 几个

只要 通过 衰变 关系 就 可以 计算 半衰期 了

不用 非 等 一个 半衰期 明确 了 吧

我们 就 可以 计算 出 这 一罐 中子 的 半衰期

然后 除以 ln2 得到 平均寿命

这个 办法 测量 的 中子 平均寿命 是 多少 呢 ?

大概 是 14 分 39 秒左右

第二个 办法 是 找 一束 奔跑 的 中子

然后 我们 想 办法 设 一些 关卡

来 测量 奔跑 自由 中子 的 半衰期

再 除以 ln2 得到 平均寿命

这个 办法 测量 的 结果 是 多少 呢 ?

大概 是 14 分 48 秒左右

两个 方法 本身 没什么 问题

只是 测量 结果 相差 了 大概 9 秒钟

这件 事儿 好几十年 了 不 知道 咋 回事儿

奔跑 中 的 中子 寿命长 了 9 秒钟

难倒 真的 是 生命 在于 运动 吗 ?

物理学家 不 这么 认为

所以 人们 提出 了 这样 一个 猜想

说 可能 是 中子 在 跑动 的 过程 中 穿越 了

超越 到 某个 镜像 平行 宇宙 中 了

衰变 刚好 发生 在 另外 一个 世界 了

所以 在 我们 的 世界 里 没 检测 到

这 就 导致 奔跑 的 中子 看起来 平均寿命 要长 了 一 丢 丢

这 就是 所谓 的 镜像 平行 宇宙 和 它 要 解决 的 问题

这个 听 起来 更玄幻 是 吧

不过 目前 这 还是 一个 假说

就 连 实验 其实 也 都 没 开始 做 呢

所以 建议 各位 可以 不用 太 在意

总之 媒体 是 很 喜欢 这些 小道消息 的

咱们 就 不要 管 了

那好 今天 时间 也 差不多 了 就 聊到 这

我 是 妈咪 叔 一个 较真儿 的 理工 男

下期 见 拜拜