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宇宙中有哪些超出常人想象的现象?

bdrmo
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宇宙 396 0 2017-11-22 22:14:41

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子问题:地球上有哪些超出常人想象的现象? - 自然 宇宙实在太难想象了……对于我们一般人来说。但是很多人还是非常有好奇心的。 例如二维世界无法想象三维世界能把一张平面的纸卷起来,中间弄个洞,对二维世界来说就是虫洞啦~好像四维也能这么对三维世界弄虫洞……1、光速。
即使你站在我的对面,你看到的我也不是当时的我,当你抬起头,看到的是八分钟前的太阳,一百年前的北斗七星,250万年前的仙女座大星系……所以当你一个人在夜晚45度仰望星空时,看到的不是恐惧,也不是寂寞,而是满满的宇宙的历史。
DSC0000.jpg
2、尺度。
宇宙中最让人沮丧的是尺度,上面答案中有很多有趣的对比。宇宙中最让人欣慰的也是尺度。

目前飞得最远的是旅行者1号,不过是100多亿公里;飞得最快的是新视野号,刚刚造访冥王星。
这是太阳系的尺寸,过一个刻度扩大十倍,最小单位为一个日地距离。
DSC0001.jpg 人类在太阳系的影响力也不过是汪洋大海之一滴水。

不过大尺度有大尺度的好处,可以远离比如致命的超新星爆炸,也就是恒星的死亡。如果离地球很近,灭掉地球分分钟的事情。

比如距离地球约7500光年外的船底η星云。这里有一颗质量至少是太阳的90倍的恒星,它可能将终结地球上的生命。船底η星云是一个即将结束中央核聚变的天体,发生超新星爆发后可对周围时空产生影响,船底η也被称为海山二,距离我们7500光年,这个距离是非常近的,正处于发生超新星爆发的边缘。
DSC0002.jpg
3、能力。
人类的科技日新月异超出普通人的想象,不过也就仅仅是登陆过月球,造访过金星火星土卫六。
人们认为地球是中心,后来认为太阳是中心,再后来认为银河是中心,再后来发现了地球的大表哥:超级地球。

月球上看地球
DSC0003.jpg
土星附近看地球
DSC0004.jpg
海王星附近看地球
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4、当然最最难想象的是时间空间之外,因为没有意义。

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有人问我推荐一些好看的纪录片,就贴在这里吧,供大家参考。

以下两部是比较短的,都是一集,各有特色,我比较喜欢第一部。
1、旅行到宇宙边缘,Journey to the Edge of the Universe (2008)
2、宇宙之旅,Cosmic Voyage (1996)

3、宇宙的构造,The Fabric of the Cosmos: What is Space (2011)
Brian Greene做主线讲解。空间,时间,量子跃迁,单宇宙或多宇宙,共四集。

4、与霍金一起了解宇宙 Into the Universe with Stephen Hawking (2010)
Stephen Hawking做主线。外星人,时间旅行,一切的故事,共三集。记得最后一集应该比较长。

5、了解宇宙是如何运行的  How the Universe Works Season 1 (2010)
这个比较长,共八集,分别是:恒星,黑洞,大爆炸,星系,太阳系,行星,卫星,超新星。

6、行星旅行指南 A Traveler's Guide To The Planets  Season 1(2010)
这个也比较长,共六集。金星与水星,火星,木星,土星,海王星与天王星,冥王星及其外太空。
这个我下载的资源,字幕的时间不对,一直也没找到对的,注意一下这个问题。

7、宇宙之美,HDScape StarGaze HD Universal Beauty (2008)
这个就是纯哈勃图片集合了,喜欢的最好找高清的观看,连在大屏电视上效果更佳。

8、与摩根弗里曼一起穿越虫洞,Through The Wormhole(2010)
这个就更长了,有四季之多。

除此之外还有很多,不过我感觉看完以上几部应该会对宇宙有一个比较详细的了解了。

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图片信息:
第一张图片出自天文摄影师Randy Halverson之手,他拍摄了绝美的「仰望天河」系列。
https://500px.com/dakotalapse
《Plains Milky Way》【MV】轻音乐-Plains Milky Way-高清MV在线播放

月球上回望地球出自阿波罗登月

土星附近回望地球出自卡西尼号

海王星附近回望地球出自旅行者1号

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1、关于超级地球:
传送门:2015 年 7 月 23 日,NASA 宣布发现 Kepler-452b 意味着什么? - 天文学

2、光锥
“光的传播沿时间轴呈锥状,物理学家们称为光锥,光锥之外的人不可能了解光锥内部发生的事件。想想现在,谁知道宇宙中有多少重大事件的信息正在以光速向我们飞来,有些可能已经飞了上亿年,但我们仍在这些事件的光锥之外。”
“光锥之内就是命运。”
林格略一思考,赞赏地冲斐兹罗连连点头,“将军,这个比喻很好!”
“可是智子就能在光锥之外看到锥内发生的事。”
“所以智子改变了命运。”斐兹罗感慨地说。
《三体》第二部《黑暗森林》
传送门:“光锥之内就是命运”这句话的出处?如何理解这句话? - 物理学

3、考虑一个极端的情况
传送门:是否存在宇宙已经开始毁灭只是我们还没看到这种可能? - 光学

4、有人说,看完再抬头仰望星空时,感到一丝的恐惧和忧伤
这个要回到那个问题:我们在宇宙中是否是孤独的?或许人类是宇宙中唯一的智慧生命形式,又或许我们的银河系中还有很多其他的文明。不过到现在为止,科学上的证据还不足以支撑两个答案当中的任何一个。在搜寻宇宙中生命的痕迹之路上,一条路是去监听来自太空的信号。比如:著名的SETI(地外智慧生命搜索)项目就在做这样的事;另一条路是去寻找外星科技的痕迹。地外文明可能已经发展出远超人类水平的科技,而它们会在太空中留下能够直接或间接观测到的痕迹。我们并不知道要找什么,甚至有可能什么都没有,但是如果不许寻找,可就肯定什么也找不到。

5、有人提到了相对论
这个如果说到时间在物理学上的准确定义是什么,可讨论的很多,估计还会绕到哲学上。
按照相对论的观点:时间是各自表述的,受空间和物质的制约,那么就比如那个海门二,我们看到的海门二就是我们现在的海门二,我们看到它没有爆发就没有爆发,不可能存在一个上帝瞬间穿越地球和海门二之间,给地球人提供预警信息。


最后一张史上逼格最高的英仙座流星雨,献给仰望的星空

出自petr horalek,摄于2015年8月,拍摄地为Slovak,Poloniny的暗夜公园,为拍摄此图片作者拍摄了大约120G的数据量,银河里还能看到许多漂亮的星云,比如北美洲星云NGC7000,心脏星云和灵魂星云等。
DSC0006.jpg 编辑于 2015-10-19楼上的很多答案中都提到了宇宙的尺度、光速、星系这些宏观上的东西,那么答主在这里讲几个小现象吧。

这些小细节讲出来可能不如星系的尺寸和构成那么气势磅礴,但它们却是人类在探索太空的过程中需要去直接面对和克服的。

好,我们开始。

1)在宇宙真空环境中,两块裸露的同类金属在接触后会相互粘合,好像被焊接在一起一样。这个现象被称之为『冷焊』(Cold Welding)。

史上最具幽默感的物理学家费曼(Richard Feynman)曾经形象地解释道,这种现象的产生是因为『在真空中,处在接触面两边金属原子之间没有任何物质将它们隔开,所以这些金属原子「无法知道」它们其实是属于两块独立的金属的。』

而在大气环境中,由于空气的存在和金属表面氧化物的存在,两块金属即使相互接触后也不会粘合在一起。

在人类探索太空的过程中,对这个小细节的忽视曾经引发过巨大的麻烦。

1989年10月8日,NASA发射了一颗名为『伽利略号』的探测器,它的主要任务是对木星及其卫星进行观测。

其他很多答案中已经讲过,我们平时看到的太阳系示意图中,行星间的距离全都不是按照比例绘制的。木星与地球之间的距离比这些示意图上所显示出来的要大得多。如果我们按照真实比例绘制一张太阳系示意图并把地球画成一元硬币那么大的话,那么月球将在距离地球0.75米的地方,而木星大约在1.5公里外。即使以光速航行,从地球到达木星也需要43分钟。

为了到达如此遥远的一个地方,科学家们为伽利略号设计了一条非常复杂的航行路线:

DSC0007.png
图片中的粗实线就是伽利略号的航行路线。伽利略号于1989年10月18日从地球发射后,在1990年2月份经过金星附近并利用金星的引力进行了第一次加速,然后又分别在1990年和1992年两次经过地球并进行了两次加速。在这之后,它将经过三年的飞行到达木星轨道。

为了能在这样遥远的距离上与伽利略号之间进行数据传输,工程师们为它装备了一个巨大的主天线(High-gain Antenna)。下面的图片中,位于探测器上方雨伞一样的部件就是这个主天线。

DSC0008.jpg
由于伽利略号的航行路线中最初的一段距离太阳比较近,为了避免这个主天线在太阳照射下损坏,它在航程的前半段一直保持着收起的姿态,就好像一把合起来的雨伞。按照计划,当伽利略号运行到距离太阳较远的时候,也就是1991年4月时,地面控制中心才会通过远程指令将这个主天线打开。当主天线打开后,它在太空中看起来会是这个样子的(艺术家想象图):

DSC0009.jpg

1991年4月11日,当控制中心向伽利略号发送打开主天线的指令后,却发现主天线并没有完全打开。此时的伽利略号离开地球已经一年半了,地面上的科学家们只知道天线没有按照计划打开,至于天线究竟出了什么故障,是无法直接观察得到的。

科学家们只能利用伽利略号传回来的飞行姿态等有限数据,在地球上使用一模一样的复制品进行分析和模拟。排除掉种种可能性后,科学家们最终发现了故障的原因:在伽利略号发射升空之前,它在地面上经历了数次运输和测试,在这些过程中,覆盖在几根骨架上的润滑物质和氧化层在摩擦的作用下被过早地磨损掉了。在进入太空后,有三根骨架和其他金属部件在『冷焊』的作用下被粘结到了一起,伽利略号上的天线开启装置已经不具备足够的动力将它们打开。

这颗耗资十几亿美元,从开始设计到预计任务结束耗时25年的探测器眼看就要变成一块太空垃圾。

在这个时候,已经不可能有人或者机器能够追得到这颗探测器对它进行维修了。地球上的工程师们只能想法设法利用探测器上已有的部件将天线打开。

首先,他们试着通过远程指令将探测器进行旋转,使天线依次面朝和背离太阳的方向,希望温度差所产生的应力可以让骨架弹开。但是在经过了7次循环后,主天线还是没能打开。

接下来,工程师们尝试了旋转伽利略号另一个较小的天线来撞击探测器,期望由此产生的振动可以让骨架弹开。经过6次撞击后,这种方法也失败了。

最后,工程师们将探测器上用来打开的主天线的驱动器以特定的频率反复开启,以此增大它所能提供的最大动力。但是这种方法也失败了。

所以,这个主天线直到最后也没能完全打开。

不幸中的万幸是,伽利略号上还有一个备用的低增益天线(Low-gain Antenna)。尽管它的传输带宽只有主天线的万分之一左右(8 to 16 bits per second),但人们这时也只能使用它进行数据传输了。不过,由于地面接收技术以及信息压缩技术的进步,最终这个带宽又被提高了到了主天线的百分之一左右(1,000 bits per second)。从1991年直到2003年伽利略号任务结束之时,人们都只能使用这个大打折扣的低增益天线进行数据传输,尽管NASA声称伽利略号最终依然完成了70%的科学任务。

引起这个大麻烦的,正是前面提到的『冷焊』这个小现象。

2)从地球发射一颗探测器到火星,最佳发射时间并不是当这两颗行星距离最近的时候。

地球和火星分别是太阳系内距离太阳第三和第四近的行星。这两颗行星都在围绕着太阳做公转运动,但它们的公转周期却有着很大的差别。火星的公转周期为687个地球日,也就是说地球绕太阳差不多每转两圈,火星才能绕太阳转一圈。这也意味着地球和火星之间的相对位置是每时每刻都在改变的。

当火星和地球分别移动到太阳的两边时,二者之间的距离最远,这个位置被称为『合』(Conjunction),如下图所示:

DSC00010.jpg
这个名称听上去有点奇怪,在这个位置上明明火星和地球分开在太阳的两端,为什么要把它叫做『合』位呢?这是因为在这个时候从地球上观察,火星和太阳处于观察者的同一侧,所以称之为『合』。

而当火星和地球转到太阳的同一侧时,二者之间的距离最近,这个位置被称为『冲』(Opposition)。如下图所示:

DSC00011.jpg

这个时候从地球上观察,太阳和火星分别位于地球的两侧,所以这个位置被称为『冲』(opposition有相反、相对的意思)。对于地球上的观察者来说,当太阳在西边落下时,火星刚好从东方的夜空升起。而当火星沿着天空运行至西边落下时,太阳又刚好从东边升起。

那么问题来了:从地球发射探测器到火星的最佳时机是什么时候?

很多人(答主曾经也是)凭借直觉都会认为发射这样一枚火箭的最佳时机是在地球和火星直线距离最短的时候,只要瞄准火星的方向发射一枚探测器,就可以在最短的时间内到达火星。这样一条路线如果画出来的话就是上图中那条白色的直线。

但是,沿着这样一条路线是到不了火星的。

我们的地球每时每刻都在围绕着太阳做公转运动。也就是说,地球以及地球上的一切物体都在宇宙空间中以30公里/秒的线速度运动。从地球发射出的探测器自然也会获得这一初始速度。这个速度又大大超过了人类推进技术所能达到的速度,所以这颗对准火星发射的探测器在离开地球之后还是会和地球一起绕着太阳做圆周运动。 请看下面的图片:(下面三张图片都来自于这个页面:http://www-spof.gsfc.nasa.gov/stargaze/Smars1.htm,这是一个很棒的网站,介绍了很多太空知识)

DSC00012.jpg
在上面这张图片中,内侧的圆圈代表地球公转轨道,外侧的圆圈代表火星公转轨道。当一颗探测器对准火星发射后,会获得与地球相同的30公里/秒的速度V0,继续围绕太阳旋转。

那么,什么才是到达火星的正确方式呢?既然离开地球的探测器反正都要围绕太阳公转,我们只要在速度V0的基础上再给它加上一个特定的速度分量,把它的轨道从圆形拉成椭圆形,然后让椭圆的一点与火星轨道相切就可以了,就像这样:

DSC00013.jpg
探测器从处于P点的地球上发射后,经过一个椭圆形的轨道之后在A点与火星轨道相切。虽然绕着太阳转了半圈,但这却是从地球到火星最省力的路线,这条路线叫做霍曼转移轨道(Hohmann Transfer Orbit)。确定了轨道之后,下一步我们需要计算的就是什么时候从地球上发射探测器,可以让火星刚好和探测器同时到达A点以实现回合。在茫茫的宇宙空间中做到这一点就好比要算准时机,丢出一颗网球去击中正在空中飞行的另外一颗网球。计算出探测器从P点到达A点所需的时间,再减去火星在这段时间内走过的路程,就可以得到在发射探测器时火星应该所处的位置:

DSC00014.jpg
计算过程在前面的那个页面上有,这里就不重复了。地球和火星这种特定的相对位置,每26个月会出现一次,这也就是人们所说的『发射窗口』。

最后再补充一下,虽然霍曼转移是所需能量最小的方案,但并不代表这是唯一的方案。人们可以以多消耗能量为代价以其他轨道进行行星间的转移。例如下面这张维基百科图片就显示了三种不同的转移轨道。图中的(A)、(B)、(C)轨道代表的分别是(A)霍曼转移轨道(Hohmann Transfer Orbit)、(B)合点航行(Conjunction Mission)、(C)冲点航行(Opposition Mission)。

DSC00015.png 编辑于 2015-12-05你有没有想过宇宙为什么是黑色的?这个简单的问题里其实隐藏着你意料之外的宇宙秘密。
DSC00016.png
18世纪,德国天文学家海因里希·奧伯斯提出了著名的奥伯斯佯谬:假如宇宙是稳定而且无限的,而且有无数的发光星体,那么无论望向天空的哪一个位置,都应该看到一颗星体,夜空就应该是完全明亮的。

著名作家埃德加 爱伦 坡也提出了类似的想法:
星星是连续不尽的,然后背景的天空将呈现一致的光亮,就像银河所显示的——因为不会有绝对的点,在那所有的背景中,星星将不复存在。因此,在那些,在这样的事态下,唯一的模式,我们可以体会到我们的望远镜在无数的方向上发现空隙,将假设无形的背景,因为距离的遥远,光芒从未能到达我们。

对于这个问题,奥伯斯自己的解释是,宇宙中存在气体和尘埃,阻挡了光线,所以不是所有星星的光都能到达地球(和下面评论区的一些看法一样)。但是,这不是一个有效的解释。气体和尘埃吸收了能量以后,会以电磁波的形式辐射出能量。在无限星体和无限空间的前提下,这些辐射还是会让宇宙变得明亮。

然而,夜空,或者说太空是黑色的。至少说明1)宇宙中没有无限的星体,或者2)宇宙不是永恒的。宇宙空间可能是无限的,但是有星体的地方却只是我们周围有限的空间。这样,如果你看的足够远,你就会看到没有星体的黑暗虚空。用于描述宇宙大爆炸的暴涨理论表明,宇宙空间各处密度是均衡的;宇宙的几何结构是平坦的。这意味着1)宇宙是一个无限的空间,2)宇宙中有无限的星体。而对宇宙的观察也表明,这很可能是正确的。

那么太空的黑暗是不是因为宇宙的年龄是有限的呢?宇宙从大爆炸到现在大约137亿年。那么距离我们137亿光年以外的星体发出的光还在路上,没有到达我们。也许如果我们等得足够久,它们的光就会到达地球,让我们的夜空亮如白昼。然而,这也是不可能的,这是因为宇宙空间每一处都在膨胀。
DSC00017.png 图片来自 www.timeone.ca

空间膨胀是均匀的,就是说每一处膨胀的速度是一样的,但是膨胀的效果是叠加的。从上图可以看出,距离我们(点B)越远的地方,离我们的距离增加的越多。这个叠加效果是惊人的。不难算出,离我们足够远的地方,空间远离我们的速度超过了光速。你没有看错,我是说超过了光速。相对论告诉我们任何物体都不能以超过光速的速度在空间中运动,但是没有说空间本身不能超过光速。这个事实的后果是:在这部分空间里的星体发出的光永远不能到达我们。我们等得再久,夜空也不会亮如白昼

由于空间的膨胀,我们的可视宇宙范围也在膨胀。现在的可视宇宙半径也是大于137亿光年的(466亿光年)。随着空间膨胀,我们可以看到的宇宙范围也在增大。但是,边界之外的宇宙也在以更快的速度远离。大部分的宇宙我们是永远看不到的,当然也永远无法到达。由于光速的限制,我们被困在一个有限的空间内,无法得知外面的宇宙是什么样子。这是不是很像黑洞视界的概念。实际上,这也是一种视界,和黑洞正好相反。黑洞是光线永远出不去,而我们的可视宇宙是光线永远进不来。

在可视宇宙范围内,虽然光可以到达地球,但已经不是可见光了。空间膨胀把可见光的波长拉长了,相应的降低了频率。这种现象叫红移 - 光红移成了红外线或频率更低的微波。
DSC00018.png 图片来自电磁波_百度百科

这里我们忽略了宇宙中的另外一种光。宇宙诞生于137亿年前的大爆炸。大爆炸辐射出强烈的能量,它的光应该弥漫整个宇宙空间,为什么看不见呢?原因是,经过100多亿年的空间膨胀,大爆炸的光已经红移成了微波。人类的肉眼看不见微波,但是如果我们用看得见微波的望远镜对着夜空扫描,就可以看到这一副惊人的图画:
DSC00019.png “WMAP image of the CMB anisotropy”。来自维基共享资源 - File:WMAP image of the CMB anisotropy.jpg根据公有领域授权

原来,夜空是明亮的,只是我们看不见。


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我在另一篇回答中讨论了宇宙是否有限的问题,有兴趣的知友欢迎前往阅读。
宇宙是否有尽头? - Mandelbrot 的回答

-----------------------编辑于 2017-02-07#
我觉得,宇宙中最令人感到神奇的,大概的就是人类本身了吧。

“水35升、碳20公斤、氨水4升、石灰1.5公斤、磷800克、盐250克、硝石100克、硫磺80克、氟7.5克、硅3克、铁5克、还有适量的十五种元素,以一个标准的成年人来计算的话,这就是人体的构成物质。”
这是03钢炼片头的一段话,当时听来,震撼不已。仔细想想,这些元素和物质又将从何而来呢?

宇宙中最基础的元素是氢。局部富集的氢因引力坍缩而被点燃,形成的恒星,如此时窗外正待升起的-太阳。燃氢成氦,释放光和热,更大质量的恒星得以继续聚变形成碳、氮、氧,然后是硅甚至是铁。无法支撑自身引力的铁核将会因坍塌而引发超新星爆发,激波将核心周围的物质被喷射而出,过程中还会形成比铁更重的元素。

所以,即使忽略掉组成我们身体的元素,在地球上这段漫长而又短暂到微不足道的时光,我们也已经在这个宇宙中旅行了足够久。

那闪耀整个星系的新星的光芒,穿梭于星际间的急速的喷流。我们都来自于其间,不管是低微贫寒,还是富有高贵,我们都是货真价实的星辰之子。
我们的身体,都曾在恒星的中心炙热的燃烧锻造。。。

所以,当狮心王 莱因哈特说 “我的征途是星辰大海”  这凡人听起来略显中二的呓语时,似乎一切又都自然的不可思议。

毕竟我们,也只是一群寻找返乡之路的少年。




以上编辑于 2015-10-14来来来,做个扫盲启蒙教育。看图说话:

                               
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理论上来说,任何有质量的物质,只要它的“自然半径”小于它的“史瓦西半径”,就可以变成黑洞。


                               
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假设使用外力作用将我们的太阳挤压到只有一个小城镇那么大,那么开始挤压吧:


                               
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一下变小了好多,但是你以为这样就够了吗?


                               
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又变小了好多,但是你以为这样就够了吗?


                               
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刚刚才挤压到能匹配地球的尺寸,还早呢。那么继续。


                               
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压的比已经比地球要小了,但是还要继续。


                               
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差不多压倒这么大。


                               
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我们的太阳就变成黑洞了。


                               
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或者是将我们的地球挤压到花生壳这么大,地球也会变成黑洞。

现在我们对一个物质的自然体积尺寸和黑洞体积尺寸已经有了初步的概念,接下来,开始脑洞大开。

                               
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这时,飘来一个叫做XTE J1650-500的黑洞。


                               
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实际上它也就是和曼哈顿城区的大小差不多,是目前我们已知的最小黑洞。


                               
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这个小黑洞的质量大约是我们太阳的3-4倍。


                               
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让我们继续脑洞大开,缩小视图,忽略这个小黑洞吧。


                               
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结果就飘来这么一个东西,名叫M82 X-1的黑洞。


                               
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这个黑洞的体积和火星的大小差不多。根据之前的史瓦西半径的比例来进行反推的话,它的质量是。。。


                               
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等于多少个我们的太阳质量呢?


                               
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其实还没有完。。。


                               
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这个黑洞的自身质量相当于1000个太阳,而它的体积只是和火星相当。这个黑洞在我们人类的认知领域中还只算是中级黑洞。那么,更牛逼的是什么呢?


                               
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中级黑洞,拜拜吧。我们来点击“Bai度地图”上的“减号”按钮,拼命的缩小视图。


                               
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点击几百次的“减号”按钮,好像还是没有任何反应,所以继续点击,缩小视图,扩大视野范围。

。。。
。。。

不知道点击了多少次的“减号”按钮。等等,好像有东西来了。


                               
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来了来了,就是这么个东西。来自凤凰星云团中心的超大黑洞。它到底有多大呢?


                               
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是的,你没看错。中间那一小片就是我们的整个太阳系。这个黑洞的直径是太阳到冥王星距离的19-20倍。这家伙的体积尺寸实在是太。。。。太大了。

再次根据“史瓦西半径”比例来进行反推,你能想象到这个超级黑洞的质量有多大吗?
来吧,放飞你的想象力:

                               
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你以为这样就完了吗? 拿衣服!


                               
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相当于我们多少个太阳的质量?不知道。但是,你以为这样就完了吗?
拿衣服!!


                               
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自觉点,接着去拿衣服。


                               
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你们就静静的看着我继续装逼。


                               
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结束了,真的结束了。
这个超级黑洞的质量相当于20000000000个(200亿)太阳的质量。


                               
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而这个黑洞只是茫茫超级黑洞中的其中一个而已。。。


                               
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我们太阳系所位于的银河系中央也有一个黑洞,它的质量相当于400万个太阳。


                               
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上图为人类探索到的已知超大黑洞排行榜的前10名,刚刚那个200亿的凤凰星系中心黑洞,也不过刚刚排到老六的位置而已。。。

扫盲启蒙普及结束,我也是现学现卖。请各位毫不吝啬地赞美吧。
原视频百度盘下载:http://pan.baidu.com/s/1sjACm41
在线视频原始链接:https://www.youtube.com/watch?v=QgNDao7m41M编辑于 2016-08-10  前面已经有人提到了宇宙中令人目瞪口呆的黑洞尺度,接下来,我来扒一扒宇宙其他同样让你感到目瞪口呆的尺度。
  1.与最大的恒星相比,我们的太阳——几乎可以忽略不计。

                               
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  箭头所指的天体,就是我们的地球,太阳可以容纳100万个地球,够大了吧。

                               
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  箭头所指的天体,就是我们的太阳,与直径4亿千米的Pistol Star相比,我们的太阳,简直就是一个极为渺小的存在。

                               
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  直径4亿千米的Pistol Star被VY Canis Majoris虐成渣渣。

                               
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  与最大的恒星——UY Scuti相比,我们的太阳,在它面前,需要放大无数倍,才能看得见。
  2.与最大的星系相比,我们的银河系——几乎可以忽略不计。

                               
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  这是我们的银河系,直径10万光年。

                               
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  我们的邻居——仙女座星系,直径20万光年,银河系成了小小弟弟。

                               
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  与直径50万光年的Messier 87相比,银河系和仙女座星系双双成为小弟弟。

                               
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  目前观测到最大的星系是IC 1101,直径600万光年。
  3.与宇宙的年龄相比,我们人类存在的时间——几乎可以忽略不计。宇宙诞生于138亿年前,当我们每每听到这个数字时,难易想象这138亿年,究竟有多么遥远。
  假如自宇宙大爆炸到此时此刻的138亿年,压缩成我们熟知的12个月份,会是什么样的情形?

                               
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  宇宙诞生之时,就是1月1号,从那时起一直到12月31号的午夜,整个年历表,包含了宇宙诞生后所有的时间。
  这个年历和我们平时使用的年历,在时间尺度上,有着天壤之别。

                               
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  按照这个年历,我们来看从1月1号开始,宇宙在什么时候,会发生什么。
  1月1日:宇宙大爆炸1月10号:第一批恒星发出光芒1月13号:这些恒星开始聚合,形成第一批小星系3月15号:银河系诞生8月31号:太阳诞生9月21号:生命开始诞生11月9号:生命开始呼吸、移动12月17号:海洋生物开始登陆陆地12月28号:第一朵花开始绽放12月30号早上6点24分:小行星撞击地球12月31号最后一小时:人类出现12月31号23点59分46秒:人类所有记载的历史,都诞生于此
  高楼、城堡、寺庙、你、我、他、草原、高山、湖泊、海洋......所有有形的还有无形的,所有物质的和精神的东西,都只是存在于这短短的14秒中。
  人类之渺小,宇宙之洪荒,远远不是我们能够想象的。

  但庆幸的是,此时此刻,我们有阳光,有空气,寒冷时有衣物御寒,饥饿时有食物果腹。

  仰望茫茫的星空,我们需要手拉着心爱的人,这样才不会心慌。
  http://weixin.qq.com/r/1zrYwDfEVGorrXOj92-F (二维码自动识别)


  图片来源:国家地理频道纪录片:宇宙时空之旅
  https://www.youtube.com/watch?v=UE8yHySiJ4A
  https://www.youtube.com/watch?v=JqAJnrL27OY
编辑于 2017-02-19果壳画的真实比例月食示意图
源:Sina Visitor System【刷屏醒目】真实比例的月食示意图

                               
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编辑于 2015-11-20最奇妙的地方莫过于我们和宇宙之间的关系,我们所见到的一切包括我们自己身上的绝大多数元素都来自宇宙最具毁灭性的现象——超新星爆炸。

                               
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超新星爆炸来源于恒星爆炸,我们的太阳就是一个恒星,但因为质量太小不足以引起超新星爆炸。但所有的恒星都是一个元素合成装置,我们的太阳先把最小的原子氢合成成氦,当氢元素用完时,恒星会把氦合成成碳,碳再合成成氧。从相对原子质量表中可以看出元素越来越重,恒星正在“组装”元素。但我们的太阳因为质量不够大,把元素组装成碳就已经是极限了,如果我们的太阳开始合成碳,说明也寿命将至。

                               
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如果是我们的太阳大小的恒星耗尽所有核燃料。它最后会坍缩成只有地球般大小的白矮星,如果这是个双星系统(没有基础知识的话可以想象成两个太阳的系统),它就会开始吸引另一个恒星的物质,碳和氧会继续合成成铁,一旦吸积了足够多的物质并达到了约为1.38倍太阳质量,达到一个叫钱德拉塞卡极限的时候,这颗白矮星将会爆炸,我们称为Ia型超新星。

                               
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Ia型超新星爆炸后把大量铁元素抛向宇宙空间,最后变成了每一个在你体内为你运送氧气的铁元素和你家的锅。因为白矮星每次都在到达约1.38倍太阳质量爆炸(钱德拉塞卡极限),所以每次的亮度是一样的。这个特性也让Ia型超新星成为极佳的宇宙里程标,对比每颗Ia超新星的明亮程度我们就可以知道它离我们的距离,点亮宇宙的超新星也是天文学家测量宇宙的明灯。

                               
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那铁以上的元素怎么办,比如人人都想要的金。因为原来只能合成铁的原因是因为我们太阳的质量太“小”了,无法再合成更重的元素,那更重的恒星是不是可以合成更重的元素?答案是肯定的,更重的恒星会在死亡时坍缩,引发更大的压力,从而制造出更重的元素。
你体内的各种重元素、手中的金戒指也许有的就来自这个级别的恒星坍缩时的内核。这些恒星有多大呢?

我们的太阳这么大,左下的小点是我们的地球。

                               
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为了合成更重的元素,恒星需要非常重的质量,这样的恒星不需要双星系统就可以自己引发超新星爆炸,比如海山二,质量约在太阳的150倍左右,亮度则约是太阳的500万倍。越重的恒星合成的元素越多,合成速度也越快。

                               
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但越重的恒星并不意味着越大。参宿四,质量仅为太阳的18-19倍,但体积比海山二还要大约300倍,约为太阳的7.29亿倍,如果它是我们的太阳,它可以触碰到木星的轨道。光度为太阳的12万倍,是全天第10亮星。

                               
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但这不是宇宙中最大的恒星,比如这颗——大犬座VY星,质量只是太阳的20倍左右,但体积是太阳的30亿倍左右。人类所观测到的宇宙中最大的恒星——盾牌座UY,体积则达到了太阳的50亿倍左右。

                               
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这就是为什么金子值钱的终极原因,因为越重的恒星越稀有
越重的恒星越狂暴,它们会很快耗完自己的燃料,但同时他们也会快速地制造大量元素。它们会进一步合成钒、铬、锰、铁等重元素。但一旦出现铁(对就是你家用来炒菜那个锅),这颗恒星就药丸,铁会吸收掉核聚变的力量,这颗恒星一下失去了核聚变向外推的力量会被自己强大的引力回吸,一下子坍缩成一个点,超大的压力会使恒星内核进一步合成更重的元素,比如金。探索越过临界值则会引发超新星爆炸。把合成的钒、铬、锰、铁、金等重元素抛向太空,这些元素再慢慢聚合形成下一个恒星或行星,如此反复.......

如果像上面海山二这种级别的恒星如果死亡,将会引发更猛烈的爆炸——超超新星(Hypernova)。爆炸除了抛射出极大量元素到宇宙空间,还会留下一个遗产——黑洞。很多人都会觉得黑洞是个毁灭性的东西,但就跟超新星一样,宇宙中毁灭和创生就跟太极一样都是循环往复的,这玩意儿在我们银河系中心就有一个,这个黑洞在银河系的演化中扮演着极其重要的角色,如果没有这个超级黑洞,你我也将不复存在。


                               
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而我们的银河系是如此之大,以至于像太阳这种恒星就达到了4000亿颗。图中每个小光点就是一个像我们太阳系一样的恒星系统。银河系直径约为120,000光年。

                               
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但比起我们的邻居仙女座,我们还是嫌小了。

                               
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但比起M87星云,邻居仙女座还是相形见绌。

                               
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但比起我们找到最大的星系IC-1101,我们的银河系小到几乎不存在。

                               
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我们来看看组装到一起,整个宇宙长什么样。

                               
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然而这个我们所认知的最大的物体,居然和我们所知道的最精巧细腻的物体——大脑,在结构和构成过程上有惊人的相似之处。

                               
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也许下次你仰望星空,你知道我们都来自那里,来自能照亮宇宙的最绚烂烟花超新星爆炸,我们身体的每一个部分,所用的每一个部件,都来自极为狂暴的恒星内核。
是的,我们都是星尘之子。《圣经》说:“你本是尘土,仍要归于尘土。”
天文学家说“你本是星尘,仍要归于星尘。”


------------------------------------------------2016.2.10号更新线--------------------------------------------------------
今天看到了个非常有意思的视频,天体物理学家 Neil DeGrasse Tyson 接受《时代周刊》的一个采访时被问到,“关于宇宙,你觉得最震撼的事实是什么?”,有人将他的回答做成短片。
The Most Astounding Fact (Neil DeGrasse Tyson)—在线播放—优酷网,视频高清在线观看
Tyson给出的回答和这篇答案非常有趣地不谋而合,短片的音乐还配上了The Cinematic Orchestra的《To Build A Home》,歌词的最后几句贴在下面:

And I built a home
For you
For me

Until it disappeared
From me
From you
And now, it's time to leave and turn to dust.编辑于 2017-02-03每次你洗好一副牌,可以认为牌当前的排列顺序在人类历史上从来没有出现过!

除去大王小王,一副牌有52张。可能的排序有52×51×50×...×2×1种,即52!种。对的,52×51×50×...×2×1竟然等于52!

                               
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让我们再来估算一下人类一共洗了多少次牌。现在全球大概有70亿人,扑克牌存在了大概700年。假设这70亿人每秒洗一次牌,且坚持不懈的洗了700年,洗牌次数仅仅是

                               
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这个估算相当粗糙,但人类洗牌次数只会比这个数小。

人类洗牌总次数与一副牌可能的排序数目的比值是

                               
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这个数值几乎就是零。

所以,下次你再洗完牌,可以相当有把握的说:良辰洗的牌,你们洗不出来!

更详细的解释见MW - Shuffling Cards

PS:答主只是定性的说明一下洗出重复序列的概率极低,并不是试图给出严格的证明。贴的链接中给出了相对更为严格的证明。
“这个数值几乎就是零”,是想表达如果一个事件拥有极其多的可能,而事件只重复了极少次数的话,那么可以认为这些结果是各自不同的。想象一个骰子有一亿个面,如果只是投掷了10次,那么这10次得出的结果中至少有两次相同的概率极小,这是小概率事件,可以认为不会发生。是的,小概率事件在重复了足够多次后一定会发生,然而问题是人类目前的洗牌次数还远远不够,很遗憾,就是再坚持不懈的洗一万年依然还是远远不够。。。事实上,只要概率不是零,在重复了足够多的次数后总会发生,比如投掷一亿零一次骰子,得出的结果中至少有两次相同的概率显然是1。
人类洗出的牌只是所有可能中的冰山一角的一角,所以良辰洗的牌,你们还真洗不出来。一万年后结论依然依然。编辑于 2016-01-06  小时候我就梦想做一个宇航员,对神秘莫测的宇宙充满了兴趣,但是这辈子也难以窥得其中亿分之一。网络上有很多关于宇宙的视频,所以我花时间整理了其中的一部分,管中窥豹吧。还可以通过软件,比如目前已知的自由和最真实多样性的宇宙沙盘——Space Engine,去模拟的宇宙空间里自己探索。
对于一个这辈子都不可能走出地球之外的普通人来说,我希望有更多的人收藏这个回答,当我们有时间的时候,能够停下脚步静下心来,忘记一天的烦恼,沉浸在浩瀚神秘的宇宙之中。
  同时,我还为所有知乎的知友准备了一份大礼,让大家方便快捷的找到知乎各个话题下的精彩问题,请看————
  史上最全的知乎话题整理,没有之一!
  哲学探讨——我是谁 我从哪里来 我往何处去 最根本的问题,一个引入深思的视频,如果说宇宙中什么最超乎想象,那么我觉得宇宙的存在,我们自己和这一切的一切,本身就是一个超乎想象的现象。
  【哲学探讨】这个视频是一个宇宙 @柚子木字幕组

                               
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  【搬运】4K视频演示宇宙中的液体@阿尔法小分队
  浩瀚宇宙中的怪异東西(一)
  

  其他——千奇百怪的宇宙事实
  【十个系列】10个宇宙未解之谜
  宇宙10大未解之谜宇宙中10个最巨大的灾厄
  10大宇宙中不可思议的发现
  10个关于宇宙的离奇古怪事实
  关于宇宙你所不知道的25件事
  【十大真相】十大真相 -- Space 宇宙 (Part 1+Part 2)_趣味科普人文
  宇宙最有趣的知识?「自我存在的真相」
  【分钟物理】宇宙中最古老的光
  来自外太空 倾听宇宙万象的声音
  【中文字幕】关于太空的十大事实 5   Top 10 Facts
  82秒改变你对世界的看法
[双语字幕]系外行星上那些前无古人的怪事-Unbelievably Strange Things On Other Planets

  

  纪录片——科普宇宙的种种知识
  国家地理频道纪录片:宇宙时空之旅
  【720P】层层透视大宇宙【探索频道 全6集 中文字幕】
  超乎想象的宇宙:多重宇宙旅行到宇宙边缘【国家地理 HDTV 双语字幕】宇宙间的怪天气【历史频道:宇宙.第二季.EP15】
  【CCTV9】走进霍金的宇宙世界【合集】【4集全】
  【熟肉】 宇宙大怪兽:黑洞
  宇宙有多小?【BBC:地平线】_BBC纪录片
  【SciShow】流浪行星——宇宙中的独行者
  卡尔·萨根的宇宙 / Carl Sagan: Cosmos_科技人文
  【BBC地平线】宇宙黎明:创世的真正时刻【中英字幕】
  宇宙的奇迹:时间之箭
[BBC][Brian Cox]人类宇宙 E01 从猿人到太空人_BBC纪录片

  【BBC】月球之谜
  【探索频道】 当我们离开地球 【字幕】【NASA】
  绝对好奇(Curiosity)第二季全集 人人影视 中英字幕 高清
  宇宙奥秘_国家数字影像馆 【纪录片】浩瀚宇宙  合集
  

  对比——浓缩不同视角的宇宙大小和历史等
  http://www.bilibili.com/video/av1261813/ 1分钟看看恒星的大小
  http://www.bilibili.com/video/av801282/    1分钟对比恒星和行星
  http://www.bilibili.com/video/av691110/    1分钟浓缩宇宙的历史
  http://www.bilibili.com/video/av2411436/  2分半3D动画看完宇宙
  http://www.bilibili.com/video/av1228478/  2分钟地球到宇宙尽头
  http://www.acfun.tv/v/ac1184448            2分钟看完宇宙有多大
  http://www.acfun.tv/v/ac2383201            3分钟纵观宇宙的尺度
  http://www.bilibili.com/video/av1839330/  3分钟看完宇宙的对比
  http://www.bilibili.com/video/av1192095/  3分钟对比太阳的渺小
  http://www.bilibili.com/video/av825951/    3分钟了解宇宙大爆炸
  http://www.bilibili.com/video/av1867195/  4分钟从纳米看到光年
  http://www.bilibili.com/video/av2417201/  4分钟了解宇宙的大小
  http://www.bilibili.com/video/av499656/   4分钟科普宇宙的大小
  http://www.bilibili.com/video/av1115895/  4分钟看尽宇宙的进化
  http://www.bilibili.com/video/av820924/  4分钟从百米到百亿光年
  http://www.bilibili.com/video/av1240827/  5分钟看完宇宙的演化
  http://www.bilibili.com/video/av2733561/ 5分钟秒懂次元的概念
  http://www.acfun.tv/v/ac2412171            6分钟看遍宇宙的全部
  http://www.bilibili.com/video/av1270342/  6分钟看完粒子到宇宙
  http://www.bilibili.com/video/av1413809/  7分钟速览宇宙的尺寸
  http://www.acfun.tv/v/ac2006599           7分钟以时间对比历史和未来
  http://www.bilibili.com/video/av2741037/  8分钟简述宇宙发展史
  http://www.bilibili.com/video/av1800716/  9分钟看尽宇宙的大小
  http://www.bilibili.com/video/av1410247/  10分钟说完宇宙的历史
  http://www.acfun.tv/v/ac2047473      17分钟看完未来宇宙的时间线
  http://www.acfun.tv/v/ac1144268                18分钟讲述宇宙的历史
  http://www.bilibili.com/video/av1581611/  20分钟宇宙诞生到地球毁灭
  http://www.bilibili.com/video/av2870073/ 30分钟比较宇宙大小扩充版
  http://www.bilibili.com/video/av327446/    90分钟浓缩呈现世界的历史
编辑于 2017-08-03  没想到收到这么多赞。借着这个答案写一点题外话。因为这点题外话好懂,所以写在前面了。其实是两个话题,我写在自己的个人公众号里面了。除了写这个,我最近还写了一些关于古罗马历史的东西。小小的公众号求关注:younglings_2011
  ————————————————————————————————————————
  我想在这里写写,我们是怎么适应了我们的宇宙,我们观察到的宇宙为什么是这个样子,最后说一点题外话。
  初级版本
  高中物理教材在讨论黑体辐射的时候,都是把太阳当做理想黑体的。太阳的温度是6000开尔文左右。太阳发出的光最大功率的频段就是可见光。有些宗教人士会说“这是上帝给人的恩惠”。其实是我们的眼睛为了适应太阳光而进化。因为太阳的温度是六千度左右,所以在某一频段上辐射的强度最大。而人类在昼间活动,自然要能看到最强的光线,也就是太阳光。
  为什么25摄氏度是我们最舒服的温度,也不是什么上帝的恩惠,而是我们就是在这样的温度下进化而来。
  远古的海洋盐度是0.9%,我们今天医院里用的生理盐水浓度也是0.9%。
  知乎上有过一个很有趣的问题,为什么这个世界上没有哥斯拉那样可怕的巨兽?其实不是没有,而是我们人类就是。这个世界上绝大多数动物都是昆虫的大小,而在蚂蚁和蚂蚱面前,我们就是哥斯拉一样的存在。
  我还真的想要讨论动物的大小问题。
  在恐龙时代,不光恐龙长得那么巨大。白垩纪的蜻蜓也能长到一米长。我们知道,维持一个物体的形状不变,这个物体越大,表面积/体积的比值就越小,而对于生物体来说,这个比值太小,会导致生物体和外界物质交换困难。而所有的生物体,都需要排出废物,不断吸收营养。这也是为什么无论多大的生物,细胞只能长那么大。
  对动物来说,想要得到足够的氧气。动物长得越大,就需要更大的肺。更大的肺,是指肺在身体中占据的比例也更大。
  中生代的空气中,氧含量高达32%,而现在的空气中含氧量21%左右。所以中生代的空气足以支持恐龙那样的巨兽,今天的空气不能。
  进阶版,进阶到真正物理的梗了呢。
  真正物理的梗,我们观测到的宇宙为什么是这个样子的?
  霍金在《果壳中的宇宙》里面讨论了几个很有趣的问题。其中一个就是“人存定理”,用我们的存在本身,来解释为什么我们观测到的宇宙是现在这个样子。因为只有在这样的宇宙中,我们才能生存,所以我们观察到的宇宙只能是这个样子。似乎能解释很多不好解释的问题:
  为什么空间是三维的?或者说,为什么空间不是二维的?不能是四维甚至更高维度的?
  二维的空间不足以容纳生命的复杂结构。霍金在《果壳中的宇宙》里面就给了一个例子:二维的骆驼。二维的骆驼怎么吃掉一个苹果?把自己分成两半吗?


                               
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  为什么空间不能是四维甚至是更高维度的?
  我们知道静电力和万有引力都是与距离的平方成反比的。我想这是因为我们生活在三维空间当中,而三维空间中存在着高斯定理。对电场来说,在一个封闭曲面上做对电场做积分,积分得到的通量和曲面内包含的电荷量成正比。而高斯定理使得这些力成为平方反比的作用力。


                               
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  如果空间是四维的,电场力和万有引力想必会和距离的三次方成反比吧。三次方反比的结果,是电场力和万有引力的梯度太大,会撕裂我们所见的所有物体,就像土星撕裂土星环一样。
  为什么土星环不能聚合成一颗真正的大卫星,而是只能形成一团尘埃和碎石漂在轨道上?土星环离土星太近了,它被土星引力的梯度撕裂,不能构成一个卫星。绝大多数星球都是靠引力来凝聚的。而在土星这样一个大家伙面前,土星环上的那些尘埃,不能靠自身的引力来对抗土星环的引力梯度,所以被撕裂。
  在强大的引力梯度影响下,靠自身引力聚集已然不可能。所以只好靠分子间的作用力来聚合。可是聚合出来的东西,自然不会是那些大块头。毕竟只有引力的作用距离有那么远。


                               
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  行星的引力梯度尚且如此,宇宙中最可怕的引力梯度就是黑洞。黑洞的引力梯度,大到可以撕裂比太阳大几百倍的恒星。


                               
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  而真正接近黑洞的视界时,面对强大的引力,所有的物质结构都会被撕裂,包括我们刚刚说过的靠分子间作用力聚合的物体。即使是那些我们所以为牢不可破的结构,分子,原子,核子,那些我们所知道的最强的力:电磁力、强相互作用,面对真正的奇点,统统都是战五渣。
  在四维的空间中,就会出现类似的问题。四维空间中,代入高斯定理,引力的表达式呈现三次方反比。而这个三次方反比的引力,无疑会有更大的梯度。这样引力梯度会撕裂我们。所以,我们不能生活在四维空间中。
  霍金用人存定理解释的又一个问题是,为什么宇宙存在至今,是150亿年?
  化学元素的产生,来源于大恒星内部的核聚变。碳、氧、氮,这些元素支撑着我们的生命。一颗大恒星从氢开始,在自身引力的作用下聚集,塌缩。在这一过程中,引力势能转化为这些氢分子的动能,也就是内能。内能不断积累,高温高压之下,氢聚变。聚变的结果,就是形成了更多更复杂的化学元素。
  需要产生真正足够数量的重的化学元素,需要无数大恒星前仆后继地聚变,自然是需要更多的时间。
  大恒星完成了它们的生命周期之后,这些化学元素在宇宙中游荡,重新在引力的作用下聚集,形成了像地球这样的行星。地球上无机物之间的化学反应,机缘巧合形成了有机物。有机物的化学反应更加复杂,慢慢出现了生命。一切等待都是那么漫长,150亿年之后,终于出现了我们人类这样的生命体。所以,我们观测到的宇宙是150亿年。


                               
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  人存原理的逻辑是这样的:因为只有这样的世界能容纳我们,只有在这样的世界中我们才能存在,所以我们观察到的世界是这个样子的。
  进阶+1版
  万有引力是怎么产生的,有个很有趣的解释。
  有个解释是,广义相对论所讲,物体的质量使空间弯曲。物体在空间中运动,而空间被庞大质量所扭曲,就出现了万有引力的效果。
  然而我想讨论的是另一种解释。
  两个物体,构成了一个势阱。根据不确定性原理,空间中波函数的位置和动量不能同时精确地测量。这个“不能精确测量”的意思,不是我们技术手段不够,而是说粒子和波的运动本身就是不确定的。势阱中的波函数不能是零。如果波函数是零的话,就违反了不确定性关系。所以,空间中的波函数一定是某一个基态。现在我改变两个物体之间的距离,也就改变了这个势阱。这个势阱中波函数的基态也就相应地改变,也就改变了波函数基态的能量。
  物体的位移导致了能量的改变,这正是一个保守力的特征,所以万有引力诞生了。
  终极版,接下来的内容是关于相对论的,可能对不懂物理的同学造成成吨伤害。
  我直接略去了相对论发现的过程,感兴趣的亲们可以看霍金《果壳中的宇宙》第一章《相对论简史》;我也略去了相对论的公式推导,感兴趣的亲们可以去看大学物理教材。舒幼生《力学》北京大学出版社。这本书折磨了我一个学期之久。
  其实为了写这一段,我确实花了一天时间从头到尾地推公式,然而我决定在这里把公式都略掉,毕竟我没在写教材。
  狭义相对论中提出了不同于常识的时空变换:在不同的参考系下观测,时间和空间都会变化。洛伦茨变换引出了“动钟变慢”和“动尺收缩”的效应:如果一个物体,相对于我,以接近光速的速度在运动,我认为它的时间变慢了,我认为它的长度缩短了。
  一个例子是来自宇宙射线中的μ子,在10-20km的高空中产生(大概是二次粒子吧)。实验测量之下,μ子的寿命(半衰期)大概是2.2μs(                    )。就算μ子用光速飞行,它们再衰变之前能走过的平均距离也只有0.66km。然而,我们在地面上就能观测到大量的μ子。
  在μ子的参考系看来,地球在以接近光速运动,而动尺收缩效应,使得大气层变薄了。μ子认为自己并没有走10km,它走的距离还是0.66km。
  在地球参考系看来,大气层还是那么厚。但是因为动钟变慢的效应,μ子的寿命大大延长了。也就是说,运动中的μ子寿命是远大于2.2μs的,μ子可以走完10km到达地球。
  如果是一列火车,以接近光速的速度开进山洞呢?假设火车和山洞在静止时长度是相等的。那么在火车司机看来,山洞是运动的,所以缩短了,比火车短。在山洞门口的保安看来,火车是运动的,所以火车比山洞短。
  现在保安做这样一件事情:在关上山洞后门的同时,打开山洞的前门。达到的效果就是,有那么一瞬间,火车是整个被关在山洞里面的。把火车关在山洞里面,就证明火车真的比山洞短了,对吗?然而在火车司机的参考系看来,火车还是比山洞长的,这怎么解释呢?
  然而,在火车司机的视角来看,是山洞的前门先打开了,若干时间以后,山东的后门关上了。其实火车还是比山洞长的。
  时间是什么?我们日常生活中对时间的测量,是基于对同时事件的观测。“两点钟我出门”也就是,钟的指针指向两点钟的时候,我出门了。但是我们用什么办法来对钟?我的意思是说,想要确定两件事情是“同时”,本身就很难。我们怎么知道时间?看表吗?但是看表的时候,信息也是以光速到了我的眼睛里啊。
  想要测量时间,必须同地。想要测量空间,必须同时。而相对论对传统时空观真正的颠覆,就是提出在不同的参考系下“同时”和“同地”的标准都会变的。
  而在刚刚山洞关火车的例子里:在火车司机的视角看来,保安测量火车长度这个行为并不同时,所以测量得不对。
  相对论的另一个有趣的问题是双生子佯谬了。
  双胞胎兄弟,一个留在地球上,一个坐着飞船去旅行。运动是相对的,所以在飞船上的哥哥看来,地球上弟弟的时间变慢了;在地球上的弟弟看来,飞船上的哥哥的时间变慢了。所以问题来了,哥哥和弟弟到底谁更年轻?
  一直以来,很多人认为这个题目要诉诸广义相对论:哥哥在飞船上,要返回地球,要做加速运动。作加速运动的结果就是,他比弟弟更年轻。
  在这里我想说的是,其实这个问题在狭义相对论的框架内就能解决。相对论的基本假设在于,在任何参考系中真空光速不变、两个事件之间的间隔不变。间隔的表示如下

                               
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  在我们平时对间隔的定义下,两点之间直线最短。然而在这个公式对“间隔”的定义之下,就成了两点之间直线最长。图中红线是坐飞船的哥哥在时空中的路线,蓝线是留在地球上的弟弟。

                               
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  那么,不管哥哥飞出去多远,他想要回到地球跟弟弟比谁更老,都要走一条折线。两点之间直线最长,所以,弟弟走过的间隔线是比哥哥更长的。那么,这个问题的结论是:在任何一个参考系眼里,哥哥都比弟弟要年轻。
  最后一个问题是爱因斯坦的那个著名的公式  

                               
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  讲的是质量和能量的对应关系。这个公式到底是什么意思?我还特意讨教过好几个老师。答案是,其实在狭义相对论的语境之下,我们是不区分能量和质量的。质量就是能量,能量就是质量。就像我们在称体重的时候不会区分地球的重力和我们身体的质量一样。
  质量守恒在相对论的语境之下,则表示动质量守恒。(洛伦茨变换的另一个结果,运动的物体质量会变大)而物体动质量与静止质量之差,就是它的动能了。
编辑于 2017-05-11居然没人提到伽玛射线暴……

先引用维基百科里对伽玛射线暴的两段描述:

伽玛射线暴Gamma Ray Burst, 缩写GRB),又称伽玛暴,是来自天空中某一方向的伽玛射线强度在短时间内突然增强,随后又迅速减弱的现象,持续时间在0.01-1000秒,辐射主要集中在0.1-100 MeV的能段。

这段文字的描述似乎没有超出你的想象极限,那么我们再看下面一段:

如果伽玛射线暴确实位于宇宙学尺度上,那么由它的亮度可以推断,伽玛暴必定具有非常巨大的能量,往往在几秒时间里释放出的能量就相当于几百个太阳一生中所释放出的能量总和,是人们已知的宇宙中最猛烈的爆发。例如1997年12月14日发生的一次伽玛暴,距地球120亿光年,在爆发后一两秒内,其亮度就与除它以外的整个宇宙一样明亮,它在50秒内释放出的能量相当于银河系200年的总辐射能量,比超新星爆发还要大几百倍。在它附近的几百千米范围内,再现了宇宙大爆炸后千分之一秒时的高温高密情形。而1999年1月23日发生的一次伽玛暴比这还要猛烈十倍。

这应该能够让你对伽马射线暴的威力有个初步的认识了,但还不够具体,因为你对太阳释放的能量等级仍然不清楚。所以我先告诉你:

据估计,人体中总共有细胞约3.72X10^13个,而一次伽玛射线暴的威力大概相当于2.243X10^32枚广岛原子弹,也就是说,如果全球人口总数按70亿计,把所有人身上的每一个细胞都换成八亿六千一百万枚广岛原子弹,加在一起一块儿爆炸,才抵得上伽玛射线暴一秒钟的能量输出……

好了,下面是这些数据的推导过程,为了方便推导,我们要再认识一个概念:太阳常数。

太阳常数是进入地球大气的太阳辐射在单位面积内的总量,要在地球大气层之外,垂直于入射光的平面上测量。以人造卫星测得的数值是每平方米大约1366瓦特,地球的截面积是127,400,000 平方公里,因此整个地球接收到的能量是1.740×10^17瓦特。由于太阳表面常有有黑子等太阳活动的缘故,太阳常数并不是固定不变的,一年当中的变化幅度在1%左右。

(注:为了使各位有更加直观的认识,以下遇到类似的巨大数字都用174000000000000000和17.4亿亿表示,不用科学计数法。)

瓦特的定义是焦耳/秒,也就是说,地球每秒钟从太阳接收到的能量是1740000000000000000焦耳(也即17.4亿亿焦耳),而一克TNT炸药爆炸时所释放的能量为4184焦耳。两者相除,得:

174000000000000000焦耳/(4184焦耳/克TNT)*(1000克/千克)*(1000千克/吨)=41587000吨TNT

即地球每秒钟从太阳接收到的能量相当于4158.7万吨TNT炸药爆炸。

做个对比:

·广岛原子弹的当量约为1.3万吨TNT,;
·第二次世界大战中所使用的炸药总量约为500万吨TNT;
·人类制造并引爆过的最大核弹“沙皇炸弹”当量为5000万吨(据俄方公布数据);
·每千克原油完全燃烧产生的热量为41868000焦耳,2005年时全球原油日开采量为11400000000千克,完全燃烧能产生约477000000000000000(47.7亿亿)焦耳的热量,即地球每秒从太阳接收的能量的2.74倍。

不要忘记,太阳和地球之间有着约1.5亿千米的距离,假如我们用一个半径等于日地距离的大球包住太阳,使太阳恰好位于这个球的核心,那么太阳向外释放的辐射能将均匀地分布在这个球面上,其面积为:

4*3.14*150000000千米*150000000千米=282600000000000000平方千米(28.26亿亿平方千米)

横截面积127400000平方千米的地球在这个巨大的球面上只占:

127400000平方千米/282600000000000000平方千米=0.00000000045的份额,或百亿分之四点五。由于太阳的辐射能是均匀地散布在这个球面上的,如果不考虑辐射能在途中的损失,那么太阳每秒钟对外辐射的能量就是:

174000000000000000焦耳/0.00000000045=387000000000000000000000000焦耳

也就是387亿亿亿焦耳,相当于1848311111(十八亿四千八百三十一万一千一百一十一)枚沙皇炸弹爆炸时所释放的能量。如果原油产量保持不变,则

387亿亿亿焦耳/(47.7亿亿焦耳/日)*(365.2564日/年)=2221236年

(注,年的具体长度随定义而不同,这里取恒星年,即地球围绕太阳运动的公转周期为准)

也就是说,人类得从222万1236年前还是古猿时就开始以2005年的速率(每天1140万吨)开采原油,一直持续到今天,再将开采出来的原油完全燃烧,才足够支持太阳一秒钟的对外辐射能。

现在你该对太阳的辐射能有个清晰明确的概念了吧?

再回头看我们前面引用的内容:

伽玛暴必定具有非常巨大的能量,往往在几秒时间里释放出的能量就相当于几百个太阳一生中所释放出的能量总和,

天文学告诉我们,太阳的寿命大约为100亿年,一年有365.2564天,一天有86400秒。至于“几秒时间里释放出的能量就相当于几百个太阳一生中所释放出的能量总和“,我们就把那个”几”字约去,变成“每秒释放的能量相当于一百个太阳一生中所释放出的能量总和“好了。

把十八亿四千八百三十一万一千一百一十一枚沙皇炸弹(每枚沙皇炸弹的威力都相当于广岛原子弹的3846倍)或者2005年原油产量的二百二十二万一千二百三十六倍乘上一百亿,再乘上365.2564,再乘上86400,再乘上100,就是:

五万八千三百三十亿亿亿枚沙皇炸弹或者二点二四三亿亿亿亿枚广岛原子弹同时爆炸……

人类以2005年时的原油开采速率,连续不停地开采七十亿亿亿年(做个对比,宇宙诞生至今约为150-200亿年,地球诞生至今约为46亿年),然后完全彻底地烧掉……

这么多的能量在一秒钟内完全释放出来,就是伽玛射线暴的威力。

现在你对伽玛射线暴的能量有清晰明确的概念了吗?编辑于 2015-10-08想像一下一群住在你头发里面的细菌。
它们一直忽视周围的世界。直到有一群细菌,他们开始“抬头”仰望周围的世界:

                               
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图片来自小黄人 - 必应 images
然后他们意思到有一个巨大的物体向他们滚来:

                               
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他们才终于意思到自己的渺小,开始不断的抬头仰望。


(1)
回到我们的问题中来,银河系的直径约为100,000光年,一光年是光在一年中走的距离。光可以每秒绕着地球转7圈。就算我们最快的飞行器也需要18,000年才能走过1光年,银河系竟然有100,000光年这么多距离。
如果你把下面这幅画一直放大到地球那么大,你也需要显微镜才能看到我们微笑的太阳。如果银河系和地球一样大的话,那么太阳的直径大概是0.02毫米。:

                               
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图片来自Milky Way earth
这个也意味着,如果银河系另一边有智慧生物现在用望远镜看地球,那么根据进化论,他们能看到的是一些尼安德特人:

                               
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(2)
  在1995年,科学家们选取了夜空中看似没有星星的一片黑暗的地方。对于肉眼,就算对于一般的望远镜,这里都是又空又黑。这个区域其实很小,大概是一个距离你100米的网球看起来那么小。科学家用哈勃望远镜对着这个区域做了10天的曝光,想看看者黑暗中到底有些什么东西。
引自三个关于宇宙的惊奇事实
曝光的结果就是这个:

                               
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图片来自nasa hubber ultra deep field

你看到的这些光点都不是恒星,而是一整个星系。仅仅是这幅图就有大概10,000个星系,每个星系都有1万亿颗恒星。这都只是天空中一片指甲盖大小的空间中的:

                               
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图片来自cosmic epochs
  科学家用这个信息估算,我们能够观察到的星系大概有1000亿个,如果要计算恒星的数量,那就大概是10^22到10^24个那么多。
  为了让大家对这个数字有个直观的印象,夏威夷大学的人花了很长时间估算了地球上上大概有多少粒砂子,这个数字大概是7.5*10^18。
  这意味着,对于地球上的每一粒砂子,宇宙中都差不多有1万颗恒星。
  引自三个关于宇宙的惊奇事实

  (3)
  除了那些双星系统,其实大多数恒星都在宇宙中的某个地方孤独的呆着,无聊的要死。
  我们的太阳也不是例外,距离太阳最近的恒星比邻星,距离地球足足有4.24光年远。坐飞船飞过去大概要70,000年。
  引自三个关于宇宙的惊奇事实
  所以,如果把太阳是呼和浩特市中心的一颗乒乓球,那么最近的另外一颗乒乓球大概在通辽(1153公里之外)。
  

                               
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图片来自sun cry - 必应 images



  (4)
  最大的恒星叫做“红特超巨星”。有一个叫做VY Canis Majoris的大得离谱的恒星,直径足足有1420个太阳那么大。下图就是它和太阳的合影:

                               
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图片来自sun VY Canis Majoris

  或者,如果太阳是一个乒乓球的话,那么这个红特超巨星就大概是一栋16层的楼房。现实中,一架飞机需要1100年才能围绕这个恒星一圈。假如把这个VY Canis Majoris放在现在太阳所在的地方,那么一直到从太阳一直到土星都会被它吞没。
  引自三个关于宇宙的惊奇事实


  (5)
  一个巨大的恒星在死亡之后会爆炸为超新星,接着引力导致超新星坍缩,然后变成中子星。
  一般的物质都是由原子构成的,而原子内部基本上都是空的。原子的质量基本上来自它中间致密的原子核。为了让这个更加形象一些,想象一个1公里直径的球体,这么大的球你可以把两个帝国大厦放进去都不会碰到顶。如果原子有这么大的话,原子核就是一个在最中间悬浮的黄豆。这整个1公里大的球体和这里黄豆的质量是一样的。(电子的质量非常轻,只有原子核的几千分之一)。
  在引力坍缩的过程中,因为坍缩成的中子星被压缩的的太厉害了,原子中间的空间都被挤没了,所有黄豆大的原子核现在都靠在一起。所以想象一下那个1千米直径的球,这次里面填满了黄豆。这时候它的质量就是1,000,000,000,000,000个黄豆。
  这就是中子星形成的过程。没有空位,所有的地方都摆满了构成原子核的中子(质子和电子合成了中子)。它的质量是正常物质的1千万亿亿倍。
  引自三个关于宇宙的惊奇事实
  所以对于一个直径有24公里的中子星,它的质量就可以和太阳相提并论,或者一百万个地球。下图就是一百万个地球摆在一起的中子星有多大:
  

                               
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图片来自卫星地图-Google Earth中文地标分享
编辑于 2016-04-26  1. “企鹅护蛋” ——扭曲的星系NGC 2936

                               
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  NASA在2013年6月20日公布了一张哈勃太空望远镜拍摄的照片,整张照片看上去就像是一只“企鹅”正在保护它的“蛋”。
  “企鹅”形状的星系是一个正在形成恒星的螺旋星系,名为“NGC 2936”。这个星系呈扁平螺旋盘状,与我们的银河系相似。由于与下方“蛋”形状的星系NGC 2937发生引力潮汐相互作用 ,NGC 2936内恒星的轨道有些混乱。NGC 2937星系通过引力拖拽拉伸NGC 2936星系,导致后者的外形发生彻底改变。
  (“企鹅护蛋”这个名字不是我起的,是从NASA照片注释直接翻译来的——This image shows the two galaxies interacting. NGC 2936, once a standard spiral galaxy, and NGC 2937, a smaller elliptical, bear a striking resemblance to a penguin guarding its egg.)

  2. 天鹅圈星云的“蓝色烟雾”——超新星爆炸余波犹在

                               
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  2012年3月,NASA利用星系演化探测器(Galaxy Evolution Explorer)拍摄了一幅天鹅圈星云的紫外图像, 图像中的“蓝色烟雾”其实是炽热的尘埃与气体所发出的光。天鹅圈距离地球约1500光年,它是5000至8000年前一次超新星爆炸的巨大残骸。那次爆炸的冲击波至今仍在向外发散,并不断地对气体尘埃云进行加热,从而显示出了这个紫外图像。

  3. 黑洞喷射现象

                               
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  NASA于2009年1月公布了一张照片,清晰地显示出半人马座A(Centaurus A)星系中心的一个超大质量黑洞正在不断向外喷射各种物质。这张图片的数据来自NASA的钱拉德X射线天文台和欧洲南方天文台。

  4. 原恒星

                               
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  2013年8月,哈勃太空望远镜观测到了一个非常奇特的天体,NASA的科学家形象地喻之为“宇宙毛虫 ”(Cosmic Caterpillar)。这个由气体和尘埃构成的庞然大物,正处在一个非常早期的原恒星(Protostar)演化阶段。它宛如一只巨大无比的毛毛虫,舒展飘游于旷宇深空之中,长度达一光年。该天体已经被正式命名为IRAS 20324+4057。
  原恒星是在星际介质中的巨分子云收缩下出现的天体,是恒星形成过程中的早期阶段。对一个太阳质量的恒星而言,这个阶段至少持续大约100,000年。

  5. 木星的极光现象

                               
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  我们都知道地球存在极光现象,其实极光也会发生在其它行星上,并且同样发生在磁极附近。
  2016年7月,哈勃太空望远镜拍摄到了木星的蓝色极光(如图所示)。由于木星磁场比地球磁场强很多(木星赤道地区磁场强度是4.3高斯,相较之下地球只有0.3高斯),所以木星的极光更胜一筹。

  6. 土星的“正反面”
  土星的正面(面向太阳的一侧)大家都比较熟悉了,颜色为土黄色。

                               
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  但一直以来都没人知道土星的背面(背对太阳的一侧)是什么样的。2012年卡西尼-惠更斯号探测器拍摄了一张土星背面的照片,美丽的翠绿色震撼了NASA的科学家们。

                               
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  7. 强射电源——仙后座A

                               
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  2006年8月,NASA发布了一张仙后座A(Cassiopeia A,简称Cas A)的照片,该照片由哈勃太空望远镜拍摄。仙后座A是位于仙后座的强射电源,距离地球约11000光年。它是银河系内已知的最年轻超新星遗迹,也是我们天空中除太阳外最强的射电源,据哈勃望远镜测定其物质以每小时5000万千米的速度向外膨胀。

  8. 强烈恒星风塑造红蜘蛛星云

                               
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  红蜘蛛星云(Red Spider Nebula),即 NGC 6537,是一个位于人马座的行星状星云。红蜘蛛星云中心的白矮星会产生温度高达10000 K的强烈恒星风,速度达到每秒300公里,产生振幅1千亿公里的震波。这样的恒星风使星云的形状成为独特的蜘蛛形,并且使星云扩张。星云内白矮星表面温度预估高达50万K,超过太阳表面温度的50倍,是目前已知表面温度最高的恒星之一。该图片是哈勃太空望远镜于2016年10月拍摄的。

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  最后,也让拍摄这些美丽图景的“大功臣”们露一下脸(由于“功臣”太多,就让知名度比较高的哈勃和卡西尼代表一下好了)。
  哈勃太空望远镜(第二张图中有两个宇航员正在对哈勃进行修理维护工作)

                               
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  卡西尼-惠更斯号土星探测器

                               
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  当然,真正的功臣是致力于探索宇宙奥秘的众多科学家们。
编辑于 2017-03-07转个图。

                               
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编辑于 2015-09-26

                               
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  说两个:一是太空高速公路,二是KIC8462852恒星。

  第一个:
其实宇宙中存在着天然的高速公路供我们星际旅行使用,我们现在要做的就是发现它们并到达它们的“出发点”。这些高速公路的存在我们的直觉相悖,但是是科学的。我们的太阳系家庭中存在一套星际传播网络,就是指星际高速:


                               
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  考虑到太阳和地球之间的相互引力,我们有可能在星际之间旅行只需要使用极少或者是不需要使用能量,简单点来说就是几乎不需要使用力。只要我们有耐心,找出这个正确的出发点就可以满足,而事实证明:这样的点就是地球的一个拉格朗日点。这个点保证着地球、月球、太阳直接的引力刚好互相抵消。现在我们已经找到了这样的点,并且这样的点可以推广到更大的太空中。
展示一下地球拉格朗日点:


                               
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L1、L2、L3、是不稳定的,我们可以把他们想成是一座座引力的山峰。所以在这些点上,只要轻轻一推我们就可以出发,仿佛位于过山车的顶点一样。我们只需要仔细选择自己的方向,好比在火车站选择自己的出行方向一样,选择好了,出行完全是自发了,几乎不需要燃料。
好消息是,科学家已经画出了一部分站点和路线:


                               
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在图中,连线显示了出行线路,而红圈点就是拉格朗日点。沿着这些线路,出行几乎是免费的。

  现在很多星际之间的航行开始打算利用这以发现,所以我对星际旅行非常有信心。

  不过大家要自驾游,不走寻常路以发现新事物,那当然是要付出一些代价的。就是现在我们认为的踯躅难进。

  第二个:
再来说一个未解的:


                               
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  没有人说KIC 8462852恒星吗?
  它是如此的反常,足够让我们猜想有文明已经发展到Ⅱ型文明阶段,而现在的事实是我们地球连Ⅰ型文明都没有达到。
  这里科普一下宇宙文明等级:
  Ⅰ型文明:行星系文明。
  Ⅱ型文明:恒星系文明。
  Ⅲ型文明:星系文明。
  Ⅰ型文明可以掌握自己所在星球的资源,Ⅱ型文明可以掌握所在星系恒星的资源,Ⅲ型文明可以掌握所在星系的资源。
  换一句话说:
  Ⅰ级文明:此等级的文明所掌握的科学技术可以完全掌控他们星球上的一切可利用资源,以及一切事物。是星球上的绝对主宰者,可以随心所欲的控制天气、河流、土地、其它生物、海洋甚至地壳内物质的变化、兴衰。可以说,在他们的星球上他们无所不能。
  Ⅱ级文明:可充分利用其恒星所具有的能量,并将他们的太阳系完全纳入操控之下。可以在太阳系内的各个行星上自由居住、穿梭,不担心能源问题因为懂得怎样高效利用从恒星上散发出的无穷无尽的能量,社会已经高度发达,发展趋于高加速式。
  (需要提到的是如果一个文明到了第二类型,那么它就几乎是无可摧毁的了。至少人类现知的一切自然、人为的手段,都无法触及他们一根毫毛。即使是在他们的附近出现了超新星爆发,也不能让他们灭亡。他们可以将他们的星系转移至远离爆发的恒星,或者干脆将爆发的能量利用起来。高度发达的社会下,他们自己也不会做出自灭的举动。)
  Ⅲ级文明:已经不局限于他们的太阳系,而是所在的整个星系,比如我们的银河系。可利用星系内所有恒星的能量。这类文明已经超出了我们的想象,我们只能猜测他们的生存方式。根据爱因斯坦的相对论,超过光速是理论上不成立的。一个星系很大,从这头飞到那头,即使是接近光速的速度也要几百万年,所以第三类型文明,并不是想科幻片中那样,开着硕大的宇宙飞船,穿梭于星际之中。
  根据标准:人类现在还没有达到Ⅰ级文明。而乐观的预测是还需要100年人类才可以到达Ⅰ及文明,而在这一百年中,我们自然灾害、疾病、资源枯竭和战争的致命威胁,进而走向灭亡。
  发现过程:
  2011年开始,一些恒星观察爱好者发现了一个恒星KIC 8462852,这颗恒心距离地球1480光年,在持续的观测中,它的反常引起了人们的注意。
  一般来说的话,行星在恒星周围旋转,如果行星转到恒星的前面,进入我们的观测视野的话,那我们就会观测到光变曲线上的一个小坑,这代表着光线变暗。


                               
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  按照模型,这种小坑会占用1%,可是在观测这颗恒星的过程中,却发现它会有高的多的占用。在观测的第800天达到15%,1500天的时候达到了22%。


                               
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  同时的话观测到的光变曲线是有规律的:呈现一种对称性。


                               
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  但是观测到KIC8462852确实这样的:


                               
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  从来没有恒星会出现这样的状况,刚开始科学家担心是仪器出现了问题,可是经过监测后仪器完全没有问题,那会不会是数据出现问题了呢?检查后发现也不是数据的问题。
  天文学界炸锅了,反常理的地方一定存在着真理。于是开始各种研究。比如说这种变化来自恒星内部的变化。
  它周围的行星带的尘埃造成的,行星遭到撞击爆发出尘埃造成的。如同是这样的:


                               
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  可是观测数据让这些假设都站不住脚。
  KIC8462852是一颗成熟的F恒星,是太阳的1.5倍那么大,如果是一颗年轻的恒星的话,因为它周围的尘埃会有特定的红外辐射,但是在KIC8462852却观测不到。
  同时美国宇航局在人们观测的那近2000天中对那颗恒心所在星系扫描过,也没有发现过行星的撞击,所以行星撞击爆发出尘埃就被否定了。
  然后科学家还假设是否是一颗倒霉的彗星刚好经过KIC8462852,然后因为某种原因而粉碎了,彗星的碎片挡住了它的光,


                               
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  可是不幸的是,开普勒观测到一颗彗星近距离擦过KIC8462852。所以这种可能也是微乎其微的。
  然后科学家想起来了卡尔达肖夫指数指数,就是它定义了宇宙文明的等级。美国天文学家JasonWright提出的猜测是:有外星文明建造了巨大的建筑,正在窃取那颗恒星的能量。而这个建筑就是戴森球。


                               
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  是弗里曼·戴森在1960年就提出的一种理论。所谓“戴森球”其实就是直径2亿km不等,用来包裹恒星开采恒星能的人造天体。

  而根据观察和分析,那个巨大的建筑可能是这个样子的:


                               
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  猜测这个建筑可能比太阳还大,同时还是绕着KIC8462852来旋转的。而我们只是观测到了它1481年之前的样子,那时候它可能只是处于建设阶段,远没有我们现在想象的样子。而它在1481年之后是什么样子的?人类真是太过于渺小。

  它离我们只有1480光年,在宇宙中仿佛和地球就是前后桌,而如果按照《三体》中的黑暗森林理论的话,这个建筑物的所有者为什么不来收割我们呢?

  我们可以猜测一下:
它废弃了,在1481年前它立项的时候非常完美,但是建造开始一段时间之后遇到了致命的缺陷,所以被放弃了,我们只观测到它的几块碎片,如果继续观测下去的话,它依然是老样子——呈现现在发现的规律性。
它的所有者离我们很远,这里只是他们的一处矿场,而他们在建造它的时候发现我们了吗?可能没有发现,可能发现了,想想1480年之前的地球是一幅怎么样的光景。
如果他们发现我们了,那我们还让我们茁壮成长呢?可能仿佛我们看着一窝蚂蚁一样,等着我们发展壮大然后一锅端,也可能是黑暗森林理论不适用,还有一种可能是他们被其他更高的文明毁灭了,但是细思极恐的是:难道他们没有档案吗?我们一定会被写进档案中。而如果黑暗森林成立,那更高的文明把我们排到了上断头台的第几位呢?


                               
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  耶鲁大学的Tabetha Boyajian教授也同意外星文明正在大兴土木的假说。

  2013年的一篇论文《MEASUREMENT OF SPIN-ORBIT MISALIGNMENT AND NODAL PRECESSION FOR THE PLANET AROUND PRE-MAIN-SEQUENCE STAR PTFO 8-8695 FROM GRAVITY DARKENING》给出了另外的一种解释:这只是宇宙的一种表现,它和Ⅱ型文明没有关系。

  它的观点是这样的:

  当一颗恒星和太阳不一样——不是圆的——而是一种扁圆的存在,这样的话它的“赤道”就极大于它的两极连线的二倍。这样带来的结果将是它的它的两极将会有很大的重力,这样的话它的两极就会有比赤道地区更高的温度和更亮的光线。如果按照模拟它周围的行星按照不同的轨道运行的话,也可以得出与观测KIC8462852相似的结果。而可能的原因就是行星通过KIC8462852不同的区域造成的。

  他们做实验进行了模拟:


                               
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  红色的表示的是那颗扁圆的恒星,而圆圈表示的是行星,他们按照不同的轨道经过恒星,观测到的光变是不同的,但是也表现出了与观测KIC8462852相似的曲线,为了方便比较,我们把它们放到一幅图中:


                               
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  这似乎比外星人的猜测更站得住脚。

  你选择那种观点呢?

  但是科学家们对两种观点都存疑,他们要采取实实在在的行动。

  我们很早以前就对外星文明发出了邀请:


                               
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而位于加州的望远镜阵列开始了实在的行动:



                               
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  而这次会不会好奇害死那只猫呢?

  我突然想起了那首诗:


                               
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  完。

  打个广告:

  激情时代滋养出来的尸香魔芋--抗日神剧 - 知乎专栏

  http://weixin.qq.com/r/MDgHH93EsYDOrZl8920i (二维码自动识别)

  公众号:猪倌小考
编辑于 2017-04-20离太阳最近的恒星是比邻星,距离太阳系4.22光年。以光速每秒29.98万公里计,这个距离是:

4.22 * 365 * 24 * 60 * 60 * 29.98万 = 39.8万亿公里。

地球与太阳的平均距离约1.5亿公里,即一个天文单位。太阳与比邻星的距离约是26.5万个天文单位。

如果做一个模型,地球与太阳的距离是一米,比邻星就在265公里之外,约相当于相邻两省中心城市的距离。可以想象成,地球与太阳在一个小电话亭里过着小日子,另外一个恒星要在邻省才会出现,这中间基本没啥东西。但这个模型就太大了。

如果将太阳与比邻星放到一个200米长宽的大厅里隔着265米对角放着,那么地球离太阳就是1毫米。

在这个大厅里,人眼凑近了去看太阳,也看不到啥。太阳直径是日地距离的约百分之一,人从地球上望过去,会占据天空宽度的约百分之一,所以能看出形状。但在这个大厅里,太阳直径只有10微米,象极细小的灰尘,人眼基本看不见。最大的木星离太阳有5毫米,直径0.5微米,也看不见。但是,如果太阳这个灰尘发光了,那就会有一个点状光源可见,还是看不出形状。所以,我们看天上的星星,就象在这个大厅里看10微米的灰尘,发光的看不到形状,不发光的看不到。把地球与太阳模型都通上电发光,一毫米的距离我们还是能分辨,能够想象一下,265米外的比邻星离得多远。

三体人(注,参见刘慈欣大作《三体》)的飞船飞向太阳,百分之一的光速。在这个大厅里,13个小时后,我们会发现它移动了1毫米,一天不到2毫米,要400年才从那边爬过来。但这个运动速度还是可以察觉到的。过一年去看,三体舰队爬了三分之二米,对地球还是有威胁的感觉。

比邻星的三体人和太阳系的地球人,隔空喊打喊杀。三体人冲过来了,速度极慢,但能看出它的努力。这是银河系一个小角落的事情。银河系的直径是10万光年,相当于3万个大厅排着6000公里长。如果两个相邻恒星的模型要占一个大厅演戏,那银河系模型就得占整个地球演戏。这个戏演得非常得慢,400年两个邻居才杀过去打一架。

银河系边上不远处有或大或小的一些星系。如果把银河系理解成一个压扁的地球,那往边上望,会发现不远处的另一个扁球,二者中间也就能再放下两个扁地球。还有一些扁球在边上,都是差不多的距离。但这些边上的扁球都比扁地球要小得多,大的五分之一直径,小的就只二百分之一。所以,这些扁球叫“矮星系”。银河系拉上这些这些矮星系,组成一个团团,叫“银河系次群”,其中银河系明显地大。

银河系拉着一伙矮哥们,往外面看。边上有个差不多的大家伙,叫仙女星系,长得很象,直径大一倍。这个仙女星系和银河星系一样,也有些矮哥们围着,组成一个次群。银河系和仙女星系两个离着稍远,中间能放下20个银河系。如果把银行系当扁地球,仙女星系就在月亮那儿,只不过要近一些,直径也要大得多。一个“银河巨人”看仙女星系,感觉直径有10倍月亮那么大。当然,这得假设这个“银河巨人”非常巨大,日地距离只相当于他一根头发那么粗。实际仙女星系离着有220万光年这么远,银河巨人看到的东西是220万年前的,而地球人看的月亮是1秒钟以前的。看到月亮,人可能会明白地球是圆的。银河系什么样银河人在内部看不出来,是看到仙女星系的样子,才想象验证出来的。

银河系与仙女星系,两个大的,各拉了一些小的,约有50个大大小小的扁球,组成了一个“本星系群”。它的范围是1000万光年,大约100个银河系扁球并排。这些扁球自己在旋转、相互之间也有接近远离的动作。看趋势,银河系与仙女星系在靠近,30亿年以后可能会碰到一起变成一个星系,但这个动作非常的慢,也不一定。总的来说,这50个扁球是一个疏散的组合,扁球们没有向中心聚集的感觉。想象一个集装箱,里面50个玻璃球、乒乓球、网球,再加两大的篮球在那飘,这就是“本星系群”。

如果再拉远些看“本星系群”,会发现它只是一个更大的扁平结构中,处于边缘的一部分。这个扁平结构,又是50个左右的成员,直径1-2亿光年,超过10个“本星系群”这么宽,或者1000个银河这么宽。这个扁平结构叫“本超星系团”,它是有中心的,中心在“室女星系团”。可以想象成上面的集装箱,有50多个,在一块平地堆场上或内或外摆放,组成一个松散的圆盘。银河系在边上绕中心转,1000亿年转一圈。

再往上,其实就没了,就是“人类可观测宇宙”本身的。“本超星系团”已经1亿光年了,整个可观测宇宙也就200亿光年,往上确实就是宇宙本身了。人们把“可观测宇宙”取个名叫“总星系”,但其实它并没有明显的结构,没有明显的中心。如果可观测宇宙外面还有东西,那么总星系可能会出现一些结构特征。也可能没东西,宇宙就这么大。总星系200亿光年的半径,相当于20万个银河系的宽度。而且,总星系不是扁平结构,是往上下、左右、前后都有东西。

总星系里面有超过10亿个银河系这样的星系。如果“本超星系团”有2500个星系,那么总星系里有40万个这样的“超星系团”。如果银河星是一个直径4厘米的乒乓球那么大,那么宇宙半径就是10公里,也还是可以想象的,就看着地面想象一个顶天立地的大球就行了,还能看见大球的大部分。半径10公里大的球,装10亿个乒乓球,还是很容易的。如果均匀分布,相邻球之间的距离比较大,中间还能塞下200多个球。所以,星系离得应该比较远。但有些球相隔近些,中间只能塞下2-20个球,那么就是“次群”或者“星系群”,“超星系群”还有中心结构绕着转。发布于 2015-09-18时间、意义、宇宙膨胀速度、暗物质和暗能量、反物质、中微子、类型体、脉冲星
——11.3——
12.类星体。类星体这天体简直了!典型类星体的光度是太阳光度的10万亿倍!这是啥概念,对比下,银河系的光度是太阳的360亿倍。嘿嘿,一个类星体光度就是银河系的上千倍!
说个最新的,我国学者吴学兵、左文文等人2015.2.16在《自然》杂志上发表了《一个红移6.3有120亿倍太阳质量黑洞的超亮类星体》,他们在云南发现了迄今为止发光本领最强的类星体,是太阳光度的430万亿倍!!中心黑洞质量是以前发现最大质量黑洞的4倍,直接碾压有木有!
11.宇宙本来木有物质,只是一个纯能量点,好玩不?宇宙大爆炸后才有质能转换。
——11.2更新——
10.脉冲星自传速度炒鸡块。在已发现的2500多颗脉冲星中,慢的十几秒一圈,快的716圈/s!!比F1赛车发动机快大约2倍!(大爷的)
9(此条纯属YY,可跳过)大家还记得《三体》里面智子二维展开吗?一个质子可能就是一个宇宙。反观我们现在的宇宙,它是不是只是宇宙外世界的一个微观粒子,或者是其中文明者的一个实验品,加速膨胀不是由于暗物质暗能量而是神实验者施与的一个外力?
——11.1更新——
(目测知乎受众的天文常识不高,所以更新一些常识类)
8.太阳内核聚变产生光子,光子产生后,但是光子在太阳内不断碰撞、折返。大约经过1000年才能离开太阳。然后,其中极少的经过8分钟飞向地球。所以,我们接触到的每一束阳光都是穿越了千年时光的老者,无怪乎它们是如此温暖。
——10.31更新——
7. 。中微子具有最强的穿透力,能穿越地球直径那么厚的物质。每秒钟通过我们眼睛的中微子数以十亿计,但我们却不会感知,在100亿个中微子中只有一个会与物质发生反应。 (来自GAFA)
——10.28更新——
6. 宇宙大爆炸后一段时间由亚原子粒子形成基本粒子后,产生了物质和反物质,然后砰砰啪啪,很幸运,物质比反物质多出了那么一丢丢,约10亿分之一,然后,形成了现在的宇宙。我们现在这么多的物质,也不过是当初碰巧多出来的一点点.....

(看了高票答案,很是惊讶,很多我以为常识的东西竟然被点赞辣么多,orz早知道我也.......毕竟我写的要么是前沿科学,要么是自己想的)
竟然破百赞了!谢谢大家的点赞和关注!个人觉得最好玩的还是最下面两条 (如果能看看我其他几个回答更是感激不尽)——过百赞的分割线(๑· . ·๑)——

5.暗物质和暗能量

虽然暗物质和暗能量的各种现象不能被直接观测,但是,由于它们占据了宇宙能量密度的95%(没错,虽然人类可以观测到的物质能量多到超乎想象,但是只是人家暗物质暗能量的尾巴.....),所以它们对我们可观测天体会有很大的影响。下面便是一些相关假设。

(1)宇宙空间到处是紫外线,然而它们不来自任何恒星......所以,它们来自 暗物质粒子衰变或撞击时放射紫外线?

(2)星系的速度900000~1400000千米/时,远超出正常计算值350000千米/时,想想我们处在银河中,每小时都会跟着它飞多远,在漫无边际の空间飘荡....

(3)银河系中央脉冲星的缺失。(脉冲星也是一种好玩的天体,脉冲星是一种发出周期性电磁脉冲的、高速自旋的中子星,中子星又是一种好玩的天体,质量远大于太阳的恒星坍缩成直径只有20千米左右的天体, 因为压力过大,电子都和质子合体了,于是只有中子) 银河系中央有大量的巨型恒星,这意味着会有很多的脉冲星(比其他中子星容易观测到),但是2000年对银心半径80光年范围的观测连一颗也木有!本该有数百颗哒!有科学家猜测,由于脉冲星不断积累暗物质后不堪重负,爆炸成了黑洞,而黑洞,不会脉动!所以,就观测不到啦!

(4)某次观测检测到能量强度特别高的信号,达3550eV,这本对应着原子释放出的光子,然而没有已知元素对应。这可能是暗物质粒子撞击湮灭发出的,撞击产生了与希格斯玻色子性质相同的粒子,每个衰变成两个光子,它们的能量与观测到的峰值相称。

(5)

——简单更新一点——(因为时间关系这会只随便说一句,我晚点会更新有关暗物质和暗能量的内容)
有赞再更新吧。手机码字很累啊!!没赞狗带!!!!

4.土星环
土星环从外缘到内缘有77000千米,而厚度仅仅10米左右!!
更新


3.宇宙大爆炸之初,宇宙在一普朗克时间(一千亿亿亿亿亿分之一 秒即10^-43s 秒)内就从一个原子大小变成了乒乓球大小。这使得宇宙的膨胀速率超过了光速!!!(当然,这个时候没有基本粒子,也就没有光子,光也是不存在的。)(这条是在某个记录片上看到的,不记得了。


————( ·̀∀·́ )————分割线————

1.时间总是不一致的。
影响时间的两大因素:速度和引力场。
速度越大的物体,时间过得越慢。大家都知道那个双胞胎的例子,双胞胎中的一个A乘坐高速宇宙飞船去旅行,另外一个B在地球生活。在地球上过了几十年后,B已经老去,而A还很年轻。这便是可以看做是时间旅行了,而且是目前唯一正确的。

一个人所在的引力场越大,时间越慢。而目前宇宙中的引力场很大的就是黑洞啦。假设A乘坐宇宙飞船在黑洞的引力场内玩,并且能保证随时可以离开。(只是在引力场较边缘地区,没有很近),那么同理,回到地球后的A还是很年轻。
顺便扯一句,速度越快的物体质量越大哦

2 意义
宇宙中的一切本来是没有任何意义的。说白了,不管是大家喜欢的黑洞也好、超大恒星也好、星系星系团也好、各种射线也好,所有的一切不过是万有引力的作用的结果,而万有引力的根源在质量,而质量的根源在于赋予基本粒子质量的希格斯波色子。
直到,地球出现了生命进而演化出人类。人类这种逆天的存在具有思维,开始懂得思考意义,万物的意义。宇宙,便不再是希格斯波色子的独舞了。(有赞更新,没赞狗带)编辑于 2015-11-04关于宇宙天体什么的我就不聊了,我们聊聊音乐和数学。音乐的产生从本质上来讲其实来源于数学上的一个惊人的巧合,这无疑是宇宙中的奇迹。


     我们知道,琴弦在振动时,并不只有整根琴弦在振动,其1/2、1/3、1/4……等各部分也在分别振动,其频率分别是整根琴弦振动频率的2、3、4……倍。琴弦整体振动发出的音叫做基音,而以琴弦n等分点为波节振动发出的音叫做泛音。基音决定了音的音高,具有人耳可以明显辨别的响度;而泛音则很难单独分辨出来,各阶泛音所占据的比重不同决定了音色的不同。
    以吉他为例,吉他演奏时会用到的泛音技巧,其实就是是通过手指轻触琴弦的1/n节点(泛音点)的方式来消除基音、突出该阶泛音。吉他演奏者都知道,木吉他上12、7、5品的品丝处为泛音点,其实该位置正好是整根琴弦的1/2、1/3、1/4处(实际上更高阶的泛音点也有泛音存在,只不过音量太小,难以分辨)。事实上,这些泛音点的位置还有更加重要的身份,它们是完全协和音程的节点,即纯八度、纯五度、纯四度的节点。
    我们听到两个同时发出的音是否和谐,从物理本质上来讲取决于两个发声体振动频率之比是否简单。频率比越简单,人耳听起来就越融洽;频率比越复杂,人听到的感觉就越冲突。(这里需要指出的是融洽并不等同于悦耳,爵士乐就大量使用到一些不和谐的音程来制造出丰富而富有变化的色彩。)早在公元前六世纪,古希腊哲学家、科学家毕达哥拉斯及其学派就认为,长度之比为2:1、3:2、4:3的两根琴弦发出相隔纯八度、纯五度、纯四度音程是完美的协和音程。而振动频率之比为4:5、5:6的小三度、大三度音程听起来则相对于纯五度要丰满一些,没有那么融洽和空洞。音乐理论上将三度和六度音程归类为不完全协和音程。三度和五度音程是庞大的和声学的基础,整个和声体系可以追溯到这几个简单的音程上来。


    说到这里我们跳出之前的话题,来聊聊五度相生律和十二平均律。
    公元前六世纪,毕达哥拉斯及其学派提出了五度相生律。以一音为主音,以频比为3:2的纯五度音程作为生律要素,分别向上下两侧同时生音。比如以C为主音,向上以此升高纯五度可以得到G、D、A、E、B,向下依次降低纯五度可以得到F、bB、bE、bA、bD、bG,如此便将连同主音在内的十二个音写在了一个八度之内。五度相生律在音阶中保留了最和谐的纯五度和纯四度音程,极大地满足了乐曲在和声上的需求。
    明朝时期,我国著名律学家、历学家、音乐家朱载堉首先证明了音程可以取为二的十二次方根,开创了十二平均律。将纯八度(即频比为2:1)十二等分,相邻两个音的频比为2^(1/12):1,每一等份则称为一个半音。十二平均律下的音程关系是这样的:

                               
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    十二平均律有着非常广泛的应用,由于相邻两个音距离是相等的,所以十二平均律极大地满足了乐曲在变调上的需求。我们现在听到绝大多数音乐,里面用到的乐器都是根据十二平均律来定音的。如钢琴等键盘乐器,吉他、琵琶等弦乐。


    但是,这里面存在一个问题!


    我们之前说过,纯五度音程之所以是完全协和的,是因为二者的频比是简单的3:2,所以相隔纯五度的两个音振动起来会比较融洽,没有什么冲突。但是,按照十二平均律的算法纯五度音程的频比变成了2^(7/12):1,而不是3:2。这样一个频比听起来会是协和的吗?
    然而事实上,这个频比听起来是很协和的,那是因为——

                               
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    两个数的差距仅仅只有千分之一!我们几乎可以认为这两个数相等了!
    事实上,如果对比一下五度相生律和十二平均律中各个音级与主音的频比,结果会是什么样子呢?

                               
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    接近得有些可怕……这明明是两种完全不同的推导方法啊!为什么结果会这么接近啊!

    完全不能理解啊!!!

    这是巧合吧!!!

    这是巧合吧!!!

    这一定是巧合吧!!!

    音乐的三要素(节奏、旋律、和声)中,旋律是依附于音阶之上的,而和声则与不同音程的和谐程度有着密不可分的关系。然而,音阶的产生与和声学巍巍大厦,居然都是源自于这个数学上惊人的巧合:2^(7/12)=3/2

    它是如此简单,却又是如此让人无法理解!

    它是如此客观,却又是如此让人觉得不可思议!

    它直接了当地解释了为什么一个八度里面音的数目是十二个,而不是十一个或是十三个!

    它就像一颗小小的细胞,一步一步地分裂分化最终组建成复杂的有机个体!明明只有那么小那么简单,却是浩如烟海的音乐体系的源头!

    它只不过是一个数学表达式。编辑于 2017-03-27黑洞。

科普上对黑洞的描述很简单:一个引力极大的天体,大到连光也无法逃脱。

于是很多人的观念就把黑洞当成一个吸力超大的漩涡,或者一个超级吸尘器之类的玩意。

而黑洞的性质要比这个世俗的概念奇幻的多。。。或者说,恐怖得多。

能翻墙者,本座极力推荐VSource的视频:进入黑洞的旅行:
Travel INSIDE a Black Hole

黑洞代表了时空的终结。光在黑洞视界内无法逃脱,并非是因为黑洞“吸力太大把光全吸进去了”,而是因为在黑洞周围的时空畸变是如此的强,在视界内根本不存在通往黑洞视界外的路,所有的时空路径都指向了黑洞的内部。这是绝对的,无可辩驳的“死路一条”,比阎王的生死簿更毋庸置疑。

而“时空的终结”这句话也并不仅仅是对不幸的坠入黑洞者,最后被潮汐力扯碎死亡的艺术化说法。根据广义相对论,在黑洞视界附近的时间流速相对于宇宙的其它部分是无限大。在你向黑洞视界坠落、通过黑洞视界的之前,你会目睹宇宙的时间向末日飞速奔流,宇宙加速老去,群星燃烧殆尽,爆炸,死去,剩余的白矮星和中子星在接近无限的时间作用下变成铁星,最后连质子本身也衰变了,宇宙达到了热寂。。。多么讽刺的一件事,坠入黑洞的你本该是必死无疑,但从时间上讲,你却比这个宇宙都活得更久。

黑洞也不像星球那样有一个固定的表面。黑洞是没有表面的,但它的黑洞视界从远处看去是一个黑色的球体,仿佛是一个黑色的表面,周围附带着极致的引力透镜效应带来的光线扭曲。但当你接近黑洞的时候,你不会有预想中的“着陆”,也永远不会有脚踏实地的安全感,这个黑色的“表面”代表着时间和空间的一去不复返,代表着命运本身,当你接近它的时候,黑洞的地平线会向上翘曲起来,把你包围,吞噬你,把你带向宇宙的终结。。。编辑于 2015-10-14
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