科学探索总是一遍又一遍地刷新人们认知,如今有4个理论已经被人们证实,或许能够揭开宇宙的奥秘,带领人类文明走向新的高度,但这对于人类来说是难以接受的。

宇宙空间

可怕的隧穿效应

从量子力学的微观层面来讲,世界上的一切都是由微观粒子组成的,包括人类本身。

有了这样的理论基础,我们就可以将隧穿效应理解为当微观粒子的总能量小于势垒高度时,粒子仍旧会穿过这一势垒高度。

隧穿效应

我们可以通俗地将粒子看作一个发条车,而势垒高度就是小山坡,只有当车的动力足够,才能够爬上去。

隧穿效应

而在量子力学当中,发条车不仅会在动能不够的时候爬过小山坡,而且还会从中间穿过去,这是令人匪夷所思的。

就像是穿墙术一般神奇,当然其中只有少部分粒子可以实现。

科学家将其归结为量子世界的不确定性,当粒子处于微观世界时能量和时间成了共轭量。

所谓的共轭量就是一组“共生”关系的量,当你测量其中一组时,另一组量就不具备观察性。

具有共生关系的量

也就是说,在极端的时间内由于人类对时间的观察,使得能量具有不确定性,一部分粒子趁着这个间隙,穿过了势垒高度。

1960年,加埃沃为了验证隧穿效应存在的真实性,他分别对两块金属电池进行加压,中间的绝缘结构被称为隧道。

后来,加埃沃将隧道置换为超导体,在对其进行增加电压的情况下,即使在更低的温度环境,电子仍旧能够穿过超导体,使其产生大量的电流。

这一理论被证实之后,完全打破了经典理论对于势垒高度和能量的关系,科学家一时间难以接受。

神奇的量子叠加态

关于量子叠加态理论,相信大家都听说过薛定谔的猫试验,后者便是对前者的认知概念解读。

薛定谔的猫概念

薛定谔将一只猫放入到密封的箱内,其中还有一根毒气管,有50%的概率会喷出毒气。

一段时间之后,人们无法得知当中的猫究竟是怎样的状态,只有打开盒子,才能知晓一种结果。

而在量子世界当中,这种状态是可以叠加的,也就是说,猫既是存活又是死亡。

这是因为,量子世界没有人为的干扰,粒子的状态便具有不确定性,这也就是著名的量子叠加态。

量子概念图

该理论虽然“高冷”,可科学家表示,能够被运用于信息保密工作当中。

由于叠加态的不确定性,使得信息安全比传统的密钥保存更具有安全性。

量子叠加状态还包含了微观的量子纠缠状态,两个纠缠状态下的量子,不论相隔多远,仍旧能够随着另一个量子的变化而变化。

《三体》当中,三体人之所以能够在4光年之外,通过质子实时观察到人类的一举一动,就是利用了量子纠缠原理。

量子纠缠

但在爱因斯坦的相对论当中,信息是无法超光速运动的。

举个简单的例子,假如一个人位于地球,另一个人位于三体星球,当后者向前者传递信息,至少也要4年之后才能被接收到。

同样的道理,我们在地球上观测到的超新星爆炸,很有可能在几十万年之前就已经发生了。

显然,量子纠缠和超光速是巨大的悖论,但并不意味着爱因斯坦的相对论就是错误的。

科学家研究表示,爱因斯坦的相对论适用于宏观世界,而量子纠缠只适用于微观世界。

相对论

当然,后者究竟是怎样的原理,就连科学家也不知道,不过,这样的认知在当时显然是困惑了科学家相当长久的一段时间,如今才被逐渐接受。

宇宙的起源说

在宇宙大爆炸理论出现之前,关于宇宙的起源人们众说纷纭,有人说宇宙是虫洞的物质喷发之后形成的,也有人说是宇宙泡沫融合而成的。

宇宙大爆炸理论的出现,结束了人们对于宇宙起源的所有猜想。

该理论是指,宇宙在诞生之前是一个温度无限高、压力无限大、质量无穷尽的奇点。

宇宙大爆炸

在某一刻,奇点突然炸裂开来,并向周围不断扩张,当中的物质也朝着四周喷射。

这些物质在长久的演变过程当中,发生了一系列反应,一部分物质聚集起来,形成星球。

恒星则是氢元素为主的元素分子聚集体,在高温高压的环境下发生了核聚变反应。

该理论早在上世纪20年代就已经被提出,后来人们又陆续发现了宇宙红移现象、宇宙微波背景辐射,才逐渐将这个理论证实。

宇宙微波背景辐射是证实宇宙大爆炸的关键证据,科学家观测它的频谱,从而描绘出了黑体辐射,这是宇宙爆炸的证据。

黑体辐射

2010年,天文学家又进一步观察到宇宙微波背景辐射更清晰的图像,这个理论也被更多的人所重视起来。

既然宇宙爆发于一个奇点,那么科学家猜测,在无数岁月之后,宇宙又会重回一个奇点。

这也是著名的宇宙坍塌理论,当然这个理论并没有被证明,相关说法还有待商榷。

无法超光速

在爱因斯坦的相对论当中,有质量、有信息的物体是没有办法超光速运行的,即使是微观世界的量子,也无法超越光速。

光传播

不论人类的技术多么先进,被加速的质子最多只能达到光速的99%。

就像反比例函数,曲线趋近于对称轴,却又永远都无法接近。

这个理论出现之后,人类是绝望的,要知道银河系的直径就有10万光年,如果按照光速飞船的运动速度,那么我们需要10万年才能横穿银河系。

可观测宇宙半径约为456亿光年,也就是说,即使人类造出了光速飞船,也不可能在宇宙当中遨游。

人类或许将永远被束缚在银河系,甚至是太阳系当中。

太阳系中的行星

有人猜测,宇宙如此浩瀚,我们如今无法观测到其他星球的文明,是因为它们都被限制在了恒星系统当中。

更加令人绝望的是,人类很有可能无法认知宇宙。

因为科学界主流的观点认为,宇宙的边界是在超越光速膨胀的,按照爱因斯坦的相对论讲,宇宙边界没有质量和信息。

那么边界又是什么呢?也许人类永远也无法认知,毕竟我们没有办法超光速,也不可能看到宇宙边界。

可观测宇宙的边界

但我们不应该如此悲观,“只要思想不滑坡、办法总比困难多”,目前固然没有对策,但是不代表未来没有。

有科学家便提出了虫洞理论,即使没有超光速,也能够在宇宙当中自由穿梭。

虫洞概念

总之,人类的科学发展潜力是无穷的,就连人脑都处于待发掘状态,只要我们努力,就一定能够在未来发展为高级文明。

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