第9講--膨脹的宇宙-蟲洞與時(shí)間機(jī)器.ppt

1、第九屆膨脹宇宙，蟲洞和時(shí)間機(jī)器，趙島北京師范大學(xué)物理系，一，膨脹宇宙二，有關(guān)大爆炸的錯(cuò)誤觀念三，蟲洞時(shí)空隧道四，時(shí)間機(jī)器，一，膨脹宇宙，愛因斯坦說，廣義相對(duì)論不應(yīng)用于原子現(xiàn)象的研究，而應(yīng)用于對(duì)宇宙的研究(強(qiáng)作用)電磁作用(弱作用)萬有引力電磁作用比引力作用強(qiáng)約倍。 宇宙是什么？ 四方上下稱宇，自古稱宙。 淮南子原道訓(xùn)，宇：空間宇宙是時(shí)間、空間和物質(zhì)的總稱，1、宇宙學(xué)的原理，宇宙的構(gòu)造太陽系：光年銀河：光年(10萬光年)銀河團(tuán)：光年觀測(cè)：比光年大的尺度，宇宙均勻各向同性。 宇宙學(xué)原理：按宇宙觀尺度，物質(zhì)分布總是均勻各向同性的，望遠(yuǎn)鏡不僅看到遠(yuǎn)方的歷史，2、愛因斯坦的無限宇宙，愛因斯坦：有限的、有

2、限的、無限的靜態(tài)宇宙模型是宇宙項(xiàng)，(宇宙項(xiàng))，3、膨脹的宇宙，弗里德曼勒默特和加莫夫是宇宙進(jìn)化的思想，哈勃定律，火球模型的支持，銀河紅移(哈勃定律)氦豐度3K微波背景放射(1964年，彭齊斯，威爾遜)，膨脹的宇宙(意象)，膨脹的宇宙意象，4，宇宙的未來臨界密度個(gè)氫原子/梅暗物質(zhì)膨脹減速暗能量使膨脹加速暗物質(zhì)團(tuán)結(jié)分布，吸引效果使暗能量均勻分布，排斥效果、暗物質(zhì)和暗能量、物質(zhì)、亮星、暗物質(zhì)、暗能量、重子、熱黑物質(zhì)(中微子)、冷黑廣義相對(duì)論在宇宙觀尺度下失效的暗能量的最大可能性是宇宙學(xué)常數(shù)的效果，愛因斯坦認(rèn)為自己一生所犯的最大錯(cuò)誤可能是錯(cuò)的，自然科學(xué)從哥白尼開始已經(jīng)500年了，但對(duì)宇宙，特別是初期宇

3、宙的理解還不夠充分。 的確，雖然我們的宇宙是均勻無邊地膨脹進(jìn)化著的，但是關(guān)于宇宙進(jìn)化的詳細(xì)描述往往基礎(chǔ)不牢固，隨著觀測(cè)資料的更新和科學(xué)水平的提高，不斷變化，新的宇宙學(xué)理論不斷產(chǎn)生。 不要追求公共汽車、女人和宇宙學(xué)的新理論。 因?yàn)椴荒荞R上等到下一個(gè)理論。 二、關(guān)于“大爆炸”的錯(cuò)誤觀念，一、“大爆炸”是什么種類的膨脹？ 不是在空間膨脹，而是空間本身膨脹，是因?yàn)橄扔袝r(shí)空，然后在空間的某一點(diǎn)上不是發(fā)生大爆炸，而是時(shí)空和物質(zhì)同時(shí)從大爆炸發(fā)生。 膨脹沒有中心或所有點(diǎn)膨脹的中心膨脹物質(zhì)沒有邊界各點(diǎn)的密度、壓力相同，沒有壓差，2、宇宙學(xué)紅移是多普勒效應(yīng)嗎？ 宇宙紅移不是多普勒效應(yīng)，而是空間膨脹效應(yīng)，其紅移量多

4、普勒效應(yīng)是由光源在空間上的移動(dòng)引起的，而宇宙紅移是由空間本身的膨脹引起的。 在多普勒效應(yīng)中，在光源發(fā)出的光的各向異性空間膨脹效應(yīng)中，在光源發(fā)出的光各向同性多普勒效應(yīng)中，在遠(yuǎn)離光源時(shí)波長(zhǎng)發(fā)生變化，在傳播中波長(zhǎng)不發(fā)生變化的空間膨脹效應(yīng)中，光在遠(yuǎn)離光源時(shí)波長(zhǎng)不發(fā)生變化，在傳播中波長(zhǎng)因空間膨脹而逐漸延長(zhǎng)3、河外銀河退行速度能超過光速嗎？ 退行速度可隨超光速的退行速度隨距離的增大而增加，退行速度達(dá)到光速的距離稱為“哈勃距離”(140億光年) d=c/H哈勃距離以外，退行速度超過光速這一狹義相對(duì)論的退行速度既不是物體在空間中的運(yùn)動(dòng)速度，也不是信號(hào)傳播速度，而是由空間膨脹引起的。 4、能看到退行速度比光速還

5、要快的銀河嗎？退行速度比光速還要快的銀河哈伯距離d=c/H取決于哈伯殘奧儀表(哈伯殘奧儀表隨時(shí)間減少，哈伯距離隨時(shí)間增加)。 v=Hd哈勃定律，哈勃距離d=c/H )當(dāng)原本看不見的光子哈勃距離增加到包含該光子時(shí)，該光子接近到達(dá)我們這里，5，能觀測(cè)宇宙的大小嗎？ “將宇宙壽命乘以光速”比宇宙壽命約140億年還要大，可觀測(cè)距離比140億光年還要大，恐怕140億光年(約460億光年)的3倍是光子旅行的140億年之間空間在膨脹，所以觀測(cè)距離比140億光年還要大，6、宇宙的物體本身也在膨脹各銀河原本分離為膨脹的空間，但各銀河間的相互引力逐漸壓倒膨脹，形成“塊”結(jié)構(gòu)，逐漸穩(wěn)定到平衡的大小。 三、蟲洞時(shí)空隧

6、道，1、什么是蟲洞？ 蟲洞是連接不同宇宙的“管道”，或者是連接同一宇宙的不同部分的“把手”，有蟲洞的時(shí)空、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜單連，連接兩種蟲洞的洛倫茲蟲洞朝向其他宇宙(可通過的時(shí)空隧道)本宇宙遠(yuǎn)方的捷徑歐幾里得蟲洞1957年，斯特納和惠勒小姐首次提出了“蟲洞”這個(gè)名稱，1985年薩根的小說通過時(shí)空隧道到織女星旅行，薩根認(rèn)為首先把黑洞作為“時(shí)空隧道”使用，索恩認(rèn)為不行，提出了向“蟲洞”轉(zhuǎn)移的建議真正的科學(xué)研究始于1988年：索恩、莫里斯、Yurtsever時(shí)空的蟲洞及其在星際旅行中的用途americanjournalofphysics 56 (1988 ) 395，3，制造蟲洞的霍金：制造蟲洞，時(shí)空的

7、拓?fù)鋾r(shí)空波動(dòng)和時(shí)空泡沫的時(shí)空像海面一樣，從遠(yuǎn)處看是平坦的，從近處看是波浪，再從近處看是泡沫和波浪，宇宙誕生初期：有劇烈的時(shí)空波動(dòng)，拓?fù)淇赡苄纬蓮?fù)雜的時(shí)空構(gòu)造泡沫和波浪，形成蟲洞，并繼續(xù)擴(kuò)大至今望遠(yuǎn)鏡所涉及的空間只不過是球體的小斑點(diǎn)。 我們的宇宙很可能也來自同樣的混沌狀態(tài)。 宇宙一誕生就急劇膨脹，膨脹之間孕育了無數(shù)宇宙，可以稱為子宇宙、孫宇宙。 我們宇宙以外的可能性也很高，4、可能維持蠕蟲洞的可能性負(fù)能量困難球?qū)ΨQ蠕蟲洞：出、入口球?qū)ΨQ，中間“喉”維持蠕蟲洞需要負(fù)能量，負(fù)能量物質(zhì)的加速方向與力的方向相反，F(xiàn)=ma (a0)是現(xiàn)在宏觀的雷頓實(shí)驗(yàn)室證明板間有吸引力，相當(dāng)于板間負(fù)能量密度=10-44k

8、g/m3=1個(gè)基本粒子/10億m3(板間距離為1m時(shí))，黑洞附近也有負(fù)能量，同樣弱。 擴(kuò)大蟲洞所必需的負(fù)能量物質(zhì)。半徑為1cm的蠕蟲孔地球質(zhì)量的負(fù)能量物質(zhì)半徑為1km的蠕蟲孔太陽質(zhì)量的負(fù)能量物質(zhì)半徑為1光年的蠕蟲孔大于銀河系發(fā)光物質(zhì)總質(zhì)量的100倍的負(fù)能量物質(zhì)，5 .通過蠕蟲孔的可能張力困難張力與蠕蟲孔半徑的平方成反比，半徑小于1光年的蠕蟲孔也就是說，維持半徑r1光年的蟲洞(有可能成為旅行路線)，必要的負(fù)能量物質(zhì)，6，有趣的想法只傳達(dá)信息，不傳達(dá)物質(zhì)。 像這樣，雖然可以避免張力困難等許多困難，但是(1)不復(fù)制生命(2)不僅要包含肉體，還要包含記憶、意識(shí)、感情、智慧等。 復(fù)制必須是“全息”！ 四、時(shí)光機(jī)，1895年威爾士：時(shí)光機(jī)H.G.Wells The Time Machine，1 .在蠕蟲大廳制造時(shí)光機(jī)的要點(diǎn)： (1)有洛倫茲蠕蟲大廳，2個(gè)大廳a和b的大廳形成時(shí)間機(jī)器并制造時(shí)間機(jī)器的時(shí)空具有以下特征： (1)因果上有正常的時(shí)空區(qū)域(時(shí)間機(jī)器制造前) (2)有封閉類時(shí)間線存在的時(shí)空區(qū)域(存在時(shí)間機(jī)器) (3)在這兩個(gè)時(shí)空區(qū)域之間存在柯西視野能否運(yùn)用于破壞“過去”或“過去”這一因果性霍金的“時(shí)序保護(hù)”:物理法則不允許封閉類的時(shí)線物理法則向過去的諾威科夫的“自接觸性原理”傳達(dá)信息，有什么物理法則呢霍金先生，閉合時(shí)線是真