正文 07.時間光錐(2)
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如此近的距離,使得巨星的物質不斷被黑洞吞噬,這個黑洞的周圍形成了一個旋轉的吸積盤,黑洞的引力使得吸積盤的溫度非常的高,大概上百萬攝氏度,如此高的溫度,讓吸積盤產生了強烈的X射線,但吸積盤的尺寸不是很大,所以無法看到它的光學圖像,隻能探測到X射線。這就有了最開始的探測,一個明亮的X射線源卻沒有對應的光學體。也正是這個現象,才讓那個無法看見的黑洞被我們捕捉到。從1915年廣義相對論的提出,到1916年史瓦西計算出黑洞的解,1990年,80多年的時間,我們最終找到了它的存在。讓我們把目光再次看向天鵝座,天鵝座X-1的方位,有關黑洞所有的故事就是在這裏被驗證的。”
向懷明:“這是具有三顆恒星的三體係統,一個距離我們大約1330光年,被奇特型環包裹的三體係統,看著非常的夢幻。我們先來看它的方位,這個係統位於獵戶座,獵戶座是赤道帶的一個星座;所以,在北半球的我們可以很好的尋找,尤其是在冬季的夜空它非常顯眼。那麼在晴朗的夜空,我們可以看到七顆明亮的恒星,組成了一個像沙漏的形狀,這邊是我們所說的獵戶座的參宿七星。中間這三顆排列組成腰帶的是參宿一、參宿二、參宿三,腰帶的右方則是獵戶座最亮的星參宿七。左方呢,是參宿四和參宿五。參宿四這幾年很受歡迎,天文學家一直在關注著它,因為它即將發生超新星爆發,這個就是獵戶座的參宿七星。
那麼,我們這次要說的三體係統呢,則是在參宿五的附近,這個係統位於的視星等在10等左右,所以裸眼是看不見的,需要借助望遠鏡才能看到它。這個係統被天文學家標記為獵戶座GW,它最初是於1949年發現,但直到2020年天文學家才注意到,它的奇特圓環。獵戶座GW具有三顆恒星,這三顆恒星A星和B星相距很近,約為1。2個天文單位。一個天文單位呢,就是地球到太陽的平均距離,1。5億千米。所以1。2個天文單位,那麼它們兩個的距離和地球到太陽的距離差不多,這兩科恒星呢,是先組成了一對雙星,彼此互相繞轉,繞轉的周期約為242天,軌道是近似圓形。之後呢,它們再和第三顆恒星C星互相繞轉,C星距離它們倆約為8個天文單位,繞轉的周期大概是11年。
這三顆恒星,說是恒星呢,但目前還不能算作真正的恒星;因為它們正處於恒星演化的早期,還未啟動內核的巨變反應。所以它們這個時候,相當於恒星的幼兒時期,我們稱這個時候的恒星為前主序星,或者金牛座T型星。金牛座T型星,是以金牛座T星為原形命名的,因為金牛座T星是人類發現的最早的前主序星,所以之後這個階段的恒星便被稱為了金牛座T型星。處於這個階段的恒星都有一個共同特點,那就是它們的外圍幾乎都存在一圈環繞的塵埃盤。這圈塵埃盤,我們稱為原行星盤,行星的形成便是在這裏。在發現獵戶座GW的原行星盤之前,我們看到的星盤都是這麼一個圓形的平麵,所以也就認為原行星盤,或許也就是這麼一個圓盤的形狀了吧。
但獵戶座GW的出現,改變了這個看法。2020年,天文學家利用亞毫米陣列望遠鏡以及近紅外望遠鏡,對GW的塵埃盤進行了成像。這一次的成像,是用來探測GW的三維結構;那麼在成像時,天文學家發現GW的塵埃盤存在密度很大的環,R1,R2和R3。R1和R2是外圍的兩個環,它們兩個很平常,位於盤的平麵中。但這個R3存在很嚴重的錯位,並且在它的周圍還發現了不同的散射塵埃。這表示,R3錯位環的周圍存在一些密度低的塵埃氣體包裹。包裹的塵埃呢,與大盤相連接,那麼再結合其它觀測的物理數據,天文學家最終模擬出了GW原行星盤的三維結構。
於是,就有了我們現在看到的這幅畫麵,一個夢幻般的原行星盤;對於它形成的原因,天文學家認為這可能是三體混亂的引力,導致了大盤的撕裂而形成。而這樣的圓盤,最終可能會出現獨特的行星軌道,就是在R3環中形成的行星;它和大盤中誕生的行星其軌道也將存在錯位,這是與太陽係內行星軌道完全不同的運行方式。我們知道啊,太陽係內行星的軌道呢,幾乎都在一個平麵,這個我們稱為黃道麵,為什麼是這樣的運行方式呢?就是因為它們誕生於同一個原形星盤,但獵戶座GW錯位的星盤就不一樣了,它們的行星軌道將非常的立體。那麼獨特的星盤,再加上三顆繞轉的恒星;所以,這個恒星係在形成後,應該會非常的特別。”
中午的陽光透過格子窗灑在大家身上,桌上的茶杯,茶壺也顯得精致、古樸,空氣中彌漫著淡淡的茶香。左海宇說,“很受啟發,多有裨益。”向景蘭也說,“雖說都是理工科,同門不同類,聽一聽也是開眼界。”大家陸續地往外走,向懷明回頭說,“領導,給我們講講時間光錐唄。”郝秋岩說,“先問問廖老師,空間維度講完才能講時間光錐。”
征求一下廖大偉意見,告訴他誰講都一樣,沒啥差別。郝秋岩準備了一下資料,隔天講維度空間:
“如果說維度這個概念誰最熟悉的話,其實並不是物理學家而是數學家。維度空間也是基於我們數學計算形成的。維度可以說是一個數學概念,也是一種世界觀。在數學中我們會引入變量進行計算,比如一元方程中X作為變量時,這就是一維。XY作為變量的二元方程就是二維。XYZ就是三維,以此類推可以有很多維度。當這些變量以一個點為參考係時,就能得出我們需要的幾何空間,但這似乎隻存在於數學層麵的多維度。
在我們認識中,空間是相對的,多少維度也是相對的,這也是基於生活中的常識。當我們的三維空間線再也無法延伸時,我們三維空間就成了其他更高維度空間的點,形成更高級別的維度空間。當我們現在感知的三維空間可以無限製地延伸時,宇宙永遠隻能是我們感知的三維空間。就像螞蟻一樣,隻能感知在自己的平麵世界裏。換個角度說,在高級外星生命眼中,我們何嚐又不是我們眼中的螞蟻?
看大屏幕,三維空間是我們在日常生活中,非常熟悉的空間概念,它是由三個基本維度構成:長度(長)、寬度(寬)、高度(高)。在數學中,三維空間通常指的是歐幾裏得空間,其中每個點的位置都可以通過三個坐標(x、y、z)來確定。愛因斯坦的廣義相對論,把時間視作於空間三位同等的維度。時間和空間在廣義相對論並不是分開的實體,而是統合成了四維時空。盡管四維時空能更好地描述宇宙,但是物理學家有多個理由去研究其它維度。弦理論和M理論的一個顯著特征,就是需要額外的時空維度,以清除數學上的矛盾。弦理論上的時空是10維,而M理論的時空則為11維。
霍金1998年在美國《科學》雜誌上刊登了一篇關於高維空間的論文,我們暫且稱它是M理論,M理論認為宇宙並非是四維的,而是十維的,M理論其實是一種統一場地論學說,它很好的解釋了很多四維時空無法解釋的問題。
就像咱們在控製遊戲裏的人物的行為,他們也隻是以為一切的行為都是自己的行為而已。而人的意識怎麼投到低維度的世界呢?這裏就要提到頻率了,四維的人類抱自己的頻率和三維世界達成一致,這樣就進入三維世界裏。當然人隻有意識還是不行的,那我們身體就派上用場了,四維世界的頻率可能是55,那降低到三維的話頻率也會降低,就是把事物簡單化,這個頻率降低到25,如果進入二維世界的話,頻率又得降低才能進入。從高到低是個簡單的行為,這在我們猜想裏。像電影《穿越時空》有句話:隻有愛可以穿越時空Loveistheonethingthattranscendstimeandspace。同樣也是我們的猜想。
北大上學時,劉豐教授的課我也聽過,”生命中唯一重要的就是提升你的維度”。一維二維不細說了,一維數軸,二維平麵,三維立體,四維比三維多一維,它就是時間!。想象一下,左邊有一個1分鍾之前的我,右邊則是現在的我,把這兩個我看成兩個點,穿過他們連線。於是,四維空間出現了……二維生物隻能看到三維物體一樣,我們作為三維生物,也隻能看到四維空間的截麵。所以我們看不到過去,看不到未來,隻能看到此時此刻的世界。然而,四維生物可以看到未來,但是無法改變未來。當然了,這是我們的想象而已,外星文明領先地球文明數億萬年,其星球科技我們可以想象。但是宇宙叢林也並非千篇一律的,總有個高低之分。
關於維度的討論一直沒有停止過,首先得從零維說起。零維是點、沒有寬度、沒有高度的點;一維是一條沒有寬度、沒有高度的線;二維是一個沒有高度的平麵;三維就是有長、有寬、有高的空間,很直觀,因為我們眼見的就是三維的空間。