“裸”奇点揭示了量子时空的什么
adbobe stock/Erika Eros/Alamy/collarge ryan wills 在黑洞深处，宇宙扭曲得超乎想象。在这里，在密度无限大的某个无限小点上，宇宙的结构扭曲得如此离谱，以至于描述质量如何弯曲时空的阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论不再有意义。在奇点处，我们的理解土崩瓦解。 尽管奇点令人望而生畏，但每个奇点至少都安全地藏在黑洞的事件视界内，也就是我们无法看见的边界之外。这不仅使它们不被人看到，而且还阻止了它们预示的未知影响（即不可预测性的恐怖）渗入更广阔的宇宙。但如果奇点最终可以存在于黑洞之外呢？ 近年来，广义相对论证明了这一点，这为这个问题提供了新的动力，促使理论学家从更深层次的角度探究奇点，将最新探索引力量子基础的见解融入其中。他们已经意识到，这种新方法“颠覆了”我们对奇点的看法， 内塔·恩格尔哈特 在麻省理工学院。 公平警告：这项工作将带我们进入一些复杂的物理学。但通过以这种方式处理奇点，恩格尔哈特和她的同事正在破译量子领域和经典引力之间的神秘联系——并强化了革命性的想法……
有迹象表明暗能量可能正在变弱
宇宙最大的 3D 地图切片，展示物质的底层结构 laire Lamman/DESI 合作；cmastro 定制的色彩图包 迄今为止绘制的最大的宇宙三维地图为宇宙的演化提供了线索，它们表明我们对构成宇宙大部分的暗能量的行为的判断可能是错误的。这种神秘的力量似乎随着时间的推移而减弱。 “如果这一结论成立，那么这将是一件大事。” 亚当·里斯 马里兰州约翰霍普金斯大学的物理学家，25 年前首次发现了暗能量存在的证据。这是因为宇宙学的标准模型（称为 lambda-CDM）表明，暗能量的强度应该随时间保持静态。 人们认为暗能量是宇宙加速膨胀的原因——如果它不是静态的，那么它也可能对我们关于宇宙起源、宇宙大小和最终命运的看法产生巨大影响。没有参与这项新研究的赖斯表示，这些影响可能意味着“我们将不得不对宇宙进行一些严肃的自我反省 [our understanding of] 引力和场”。 这一奇怪的发现来自亚利桑那州的暗能量光谱仪 (DESI)——甚至连 DESI 的合作者都不太确定他们的数据表明暗能量最近可能变弱了这一事实。“这是我们几个月来在合作中讨论的全部内容……不管这是否有趣，”DESI 发言人说 凯尔·道森 在犹他大学。 DESI 研究人员通过测量宇宙中星系的大尺度结构和分布来检查暗能量的强度，这阐明了宇宙随着时间的推移是如何膨胀的。研究人员随后将这些信息与三组关于超新星的数据结合起来，超新星充当所谓的“标准烛光”通过可预测的亮度来确定宇宙物体的距离。 令人惊讶的是，三颗超新星样本对宇宙膨胀率随时间变化的答案各不相同。三颗超新星都表明，暗能量的影响可能在近几千年来有所减弱，但这些暗示的强度各不相同，因此研究人员不太确定如何解释这些数据。 “两个超新星样本彼此不一致，但它们是非常非常相似的样本，”道森说。“我不知道哪一个是正确的，真相可能介于两者之间，但看起来差异确实在于 [the supernova researchers] 评估了数据。” 模型中的差异用一个称为 sigma 的因子来表示，该因子衡量的是如果模型确实不一致，那么类似冲突偶然发生的可能性。“大约 3-sigma 是我们通常关注的水平，并称之为某事的‘迹象’，”Riess 说。任何低于这个水平的数值通常都不会让研究人员特别兴奋——这很可能只是一个简单的巧合。 之间的差异 λ冷暗暗暗 超新星和 DESI 测量值的组合范围从 2.5 西格玛到 3.9 西格玛。“两种说法都是正确的：张力足够大，很有趣；但张力不足以说明那里肯定有什么东西，”道森说。 暗能量占宇宙的近 70%，因此，我们对其性质的任何理解错误都可能对物理学产生广泛影响。不过，要证明这种错误是否真的存在，需要在未来几年进行更精确的测量。 “如果 [this is] 确实，这将是我们 25 […]
欧洲航天局欧几里得太空望远镜拍摄的惊人照片
乍一看，这幅图像没什么特别之处：几颗明亮的黄色星星散布在较暗的白色星星之间。而在中心，一团污迹看起来像是一群星星。 但 放大 揭示了一个完全不同的故事。那个污迹根本不是恒星，而是几十个星系。 这只是欧洲航天局发布的图像之一，是其欧几里得太空任务早期发布的观测结果。 欧几里得探测器于 2023 年 7 月发射，六年来将探索暗物质和暗能量，这两种看不见的元素构成了我们宇宙的大部分。在此期间，它将观察数十亿个星系。 Abell 2390 是一个星系团，是许多星系（如银河系）的巨大聚集体。这里可以看到 50,000 多个星系。 （ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，图像处理由 J.-C. Cuillandre 完成。 [CEA Paris-Saclay]，G.安塞尔米） 这是欧几里得发布的 Abell 2390 星系团图像中看到的星系团的特写。 （ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，图像处理由 J.-C. Cuillandre 完成。 [CEA Paris-Saclay]，G.安塞尔米） 虽然这些图像（总共五张）让天文学家感到兴奋，但他们焦急地等待的是未来会发生什么。 “这些 [images] 就像指向已知的有趣单个物体一样，”滑铁卢大学天体物理中心主任、欧几里得任务主要科学协调员之一威尔·珀西瓦尔 (Will Percival) 说。 “我们利用它们进行了大量科学研究。但我们将在任何地方进行这种研究；我们将研究 15,000 平方度，这是我们可能观察到的面积的三分之一。所以这就像已知的已知事物——宇宙中已知的物体。而未知的未知事物让我感到兴奋。” 欧几里得望远镜拍摄的 NGC 6744 是我们所在区域之外最大的螺旋星系之一。它是目前附近宇宙中形成大多数恒星的星系类型的典型例子。 （ESA/Euclid/Euclid Consortium/NASA，图像处理由 J.-C. Cuillandre 完成。 [CEA Paris-Saclay]，G.安塞尔米） 与哈勃太空望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜 […]
从量子到宇宙：为什么尺度对于我们理解现实至关重要
我们很难理解什么是大什么是小。Ron Koeberer/Millennium Images，英国 想象一下乘坐一艘能够以光速行驶的宇宙飞船出发。 你不会走得太远。 即使到达银河系的另一边也需要十万年。 距我们最近的银河邻居仙女座星系又过去了 250 万年。 除此之外还有大约 2 万亿个星系。 宇宙浩瀚无比，令人难以理解。然而，从根本上讲，宇宙是由微小粒子构成的。粒子物理学家说：“宇宙有点像一个陌生的国家——无论是小粒子还是大粒子。” 艾伦·巴尔 在牛津大学。 “我认为你从来没有真正理解过它，你只是习惯了它。” 尽管如此，你仍然需要对规模有一定的了解，才有机会了解现实是如何运作的。 让我们从大爆炸开始 38 万年后释放的辐射——宇宙微波背景辐射 (CMB)。 天体物理学家表示：“我们测量到的最大尺度是宇宙微波背景（CMB）中的特征。” 佩德罗·费雷拉，也在牛津大学。 这些帮助我们将可观测宇宙的直径确定为 930 亿光年。 在天平的另一端，最小的实体是夸克等基本粒子。然而，量子物理学将它们描绘成量子场中无量纲的点，根本没有大小。那么最短的距离是多少？我们能做的最好的就是所谓的普朗克长度，大约是……
天文学家使用人工智能准备来自新望远镜的大量数据
这个问题在未来十年内将在其他地方重复出现。 当天文学家建造巨型相机来拍摄整个天空并发射红外望远镜来寻找遥远的行星时，他们将以前所未有的规模收集数据。 哈佛-史密森天体物理中心的计算天体物理学家塞西莉亚·加拉福 (Cecilia Garraffo) 表示：“我们确实还没有为此做好准备，我们都应该感到害怕。” “当你拥有太多数据而没有技术来处理它时，就像没有数据一样。” 为了应对信息洪流，天文学家正在向人工智能寻求帮助，优化算法以挑选出大型且极其挑剔的模式。 数据集。 一些人现在正在努力建立致力于将计算机科学和天文学领域结合起来的研究所，并努力解决新合作伙伴关系的条款。 2022 年 11 月，Garraffo 在天体物理中心设立了 AstroAI 作为试点项目。 从那时起，她组建了一个由 50 多名成员组成的跨学科团队，计划了数十个项目，重点关注宇宙如何开始以及我们是否是孤独的宇宙等深层问题。 在过去的几年里，几个类似的联盟纷纷效仿加拉福的领导，现在正在争夺资金以扩大到大型机构的规模。 加拉福在天文学、物理学和计算机科学领域的职业生涯中不断变换，认识到了人工智能模型的潜在效用。 在此过程中，她还发现了过去合作的一个主要障碍：语言障碍。 通常，天文学家和计算机科学家很难联合起来，因为他们使用不同的词语来描述相似的概念。 加拉福对翻译问题并不陌生，他在阿根廷长大，在一所纯英语学校中挣扎。 借鉴这一经验，她致力于将两个社区的人们放在一个屋檐下，以便他们能够确定共同的目标并找到沟通的方式。 天文学家已经在使用人工智能模型 多年，主要对望远镜数据中的超新星等已知天体进行分类。 当维拉·C·鲁宾天文台明年开放时，这种图像识别将变得越来越重要，每年探测到的超新星数量迅速从数百个跃升至数百万个。 但新一波的人工智能应用远远超出了配对游戏的范畴。 算法最近经过优化，可以执行“无监督聚类”，即在不被告知具体要寻找什么的情况下挑选出数据中的模式。 这为模型打开了大门，让天文学家了解他们目前尚未意识到的影响和关系。 加拉福说，这些计算工具第一次为天文学家提供了“系统地寻找未知事物”的能力。 一月份，AstroAI 研究人员使用这种方法 超过 14,000 次检测目录 来自 X 射线源，否则很难对其进行分类。 人工智能被证明卓有成效的另一种方式是嗅出外行星天空的化学成分。 天文学家使用望远镜来分析穿过行星大气层并被不同分子以特定波长吸收的星光。 为了理解剩余的光谱，天文学家通常会将其与他们根据他们感兴趣的少数分子（例如水和二氧化碳）生成的虚假光谱进行比较。 系外行星研究人员梦想将他们的搜索范围扩大到数百或数千种可能表明下方行星上存在生命的化合物，但目前只需要几周的时间才能找到四到五种化合物。 随着新部署的詹姆斯·韦伯太空望远镜和欧洲航天局计划于 2029 年发射的阿里尔太空望远镜预计，随着系外行星探测数量从几十个增加到数千个，这一瓶颈将变得越来越麻烦。 天体物理中心研究系外行星大气的天文学家梅赛德斯·洛佩兹-莫拉莱斯表示，处理所有这些观测结果“将花费我们一辈子的时间”。 “像 AstroAI 这样的东西出现在正确的时间，就在这些数据流向我们之前。” 2024-05-20 09:00:00 1716203036
阿那克西曼德对宇宙学的深刻理解
2024 年 5 月 15 日星期三 – 22:08 WIB 贫穷、旅游业 – 阿那克西曼德，一位生活在公元前六世纪左右的古希腊哲学家，是泰勒斯的学生。 本文将回顾他的重要概念“Apeiron”，这个概念成为他宇宙学思想的基础。 在这里了解更多！ 另请阅读： 阿那克西曼德的 9 条最佳名言：宇宙学的革命思想 阿那克西曼德是一位生活在公元前六世纪左右的古希腊哲学家，是泰勒斯的学生。 在西方哲学史上，他因对宇宙学思想的重大贡献而闻名，特别是通过“Apeiron”或“Aperion”的概念。 Aperion：阿那克西曼德的基本概念 另请阅读： 巴门尼德“无法通过物理感官获得真理” Aperion 是一个很难直接翻译成现代语言的术语。 然而，在阿那克西曼德的思想中，Aperion被解释为“无限”、“不可测量”或“无限”。 这一概念成为他宇宙论的主要焦点，将阿佩里翁视为万物的起源。 对宇宙的认识 另请阅读： 巴门尼德：“真理之道不同于显现之道” 阿那克西曼德相信宇宙是由阿佩里翁（Aperion）形成的，阿佩里翁是一种无限的物质，不像更传统的元素那样受到空间和时间的限制。 对他来说，Aperion 不是一个可以用传统方式定义或理解的东西； 它是一切存在的基础。 宇宙背景下的 Aperion 下一页 Aperion 的概念凸显了阿那克西曼德关于无限和永恒宇宙的观点。 对他来说，宇宙没有可测量的开始或结束，而是一个不断变化和发展的实体。 Aperion 是宇宙发生变化和变异的基础。 1715800230 #阿那克西曼德对宇宙学的深刻理解 2024-05-15 15:08:00
引力波：我们即将第一次听到太空结构中的回声
你听说过关于那颗死去两次的恒星的故事吗？ 2014年，天文学家目睹了雷夫斯达尔超新星的爆炸。 然后，360 天后，它再次爆炸。 这一系列奇怪的事件归因于一种称为引力透镜的现象，其中巨大的物体使空间结构扭曲足以导致光线弯曲。 超新星发出的闪光的路径在到达我们的途中发生了这种变化，因此它的一部分采取了不同的路线并在不同的时间到达——在这种极端的情况下，相隔几乎一年。 正如这个故事所示，引力透镜已经存在了一段时间，但现在它即将进入一个引人注目的新篇章。 科学家们知道不仅仅是光可以被透镜化， 引力波 也。 这是一个令人费解的概念：时空的涟漪本身被空间的曲率扭曲了。 这也是一个非常重要的现象，可以揭示中子星的秘密内部，解开暗能量力量的谜团，并比以往更敏锐地测试重力本身。 这是最好的部分：我们可能即将发现我们的第一个透镜引力波。 没有人抱有任何幻想，认为这将是极其困难的。 尽管如此，我们还是有一种感觉，这种情况迟早会发生——而且我们可以采取一些技巧来加速这一发现。 “这令人兴奋，而且它将会发生，”纽约石溪大学的西蒙·比尔勒 (Simon Birrer) 说。 “有… 2024-05-14 16:00:00 1715744881
我们生活在一个空虚的宇宙中，这违反了宇宙学定律
有没有感觉自己被困在洞里了？ 新闻快讯：你是。 天文学家称其为“局部黑洞”，但这是相当轻描淡写的说法。 它是广阔的、巨大的、极其巨大的——尽管事实上，当我们用形容词来形容这片虚无时，我们都感到失败。 它是我们所知最大的宇宙空洞，横跨 20 亿光年。 我们的星系恰好位于其中心附近，但这个洞的问题并不在于它带来了直接的危险，而在于它根本不应该存在。 也就是说，如果我们最坚定的信念之一 宇宙 是真的。 这一假设被称为宇宙学原理，它认为宇宙的物质应该在最大尺度上均匀分布。 它是许多现代宇宙学的基石。 如果虚空是真实的，那么那块石头可能就会碎裂。 因此，很少有人敢相信那虚空是真实存在的。 但近年来证据不断增加，天文学家也从怀疑转向勉强接受。 他们还发现了其他类似的巨大结构。 因此，现在问题越来越紧迫：如果我们真的生活在虚无之中，我们是否需要大幅修改我们的宇宙模型？ 这可能需要重新思考 重力，暗物质的性质，或两者兼而有之。 宇宙始终具有相同特征的观点至少可以追溯到艾萨克·牛顿。 他认为恒星和行星的运动是可以解释的…… 2024-04-15 16:00:00 1713203159
黑洞比你想象的还要奇怪
黑洞当然是很棒的。 但对于科学家来说，他们更了不起。 如果彩虹是奇妙的，那么了解彩虹的所有颜色如何在普通的白光中呈现、统一——那就更奇妙了。 （不过，著名的约翰·济慈在他的诗《拉米亚》中不同意这一观点，他指责“冷酷的哲学”拆散了彩虹。）近年来，科学家发现的有关黑洞的数据量呈指数级增长。 一月份，天文学家宣布詹姆斯·韦伯太空望远镜观测到了迄今为止最古老的黑洞——这个黑洞在宇宙只有四亿岁的时候就已经存在。 （据估计，它现在已经有 138 亿岁了。）最近，对两个总质量相当于 280 亿个太阳的超大质量黑洞进行了测量，结果显示它们在过去一直紧密地围绕着彼此旋转，但并未发生碰撞。三十亿年。 这些只是公众最容易理解的例子。 对我来说，超大质量黑洞听起来很崇高。 对于科学家来说，这也可以是对疯狂假设的检验。 “天体物理学是一项在地球上无法进行的令人难以置信的实验的练习，”滑铁卢大学和周界研究所的理论物理学家艾弗里·布罗德里克告诉我。 “黑洞是一个理想的实验室。” 布罗德里克说，他研究黑洞是因为它们在理论上和数学上都非常简单。 正如他所解释的，黑洞具有质量、电荷和角动量（意味着它可以旋转）。 “差不多就是这样了，”他说。 “他们的行为很极端，但我们认为我们理解这种装置。” 考虑黑洞的另一种“简单”方式是，黑洞在相对较小的空间中具有巨大的质量。 它产生的引力是如此之大，以至于连光都无法逃脱它。 想象一下地球的质量凝结成大理石的体积； 想象一百万个太阳凝聚成一个太阳的体积——这会给你一个黑洞的概念。 有些黑洞是由恒星自身塌陷形成的。 其他黑洞被认为是由巨大气体云向内塌陷形成的。 （还有其他理论。）要“观察”黑洞——没有光子、波或射线从黑洞中返回——需要相当大的创造力。 黑洞的内部只能从其外部的变化来推断。 活跃的黑洞被强烈的亮度和十亿度的热量包围，这些热量是由落向它们的物质发出的——想想一颗即将到来的小行星的火焰——而黑洞本身却冷得难以想象，比绝对零度高出一小部分。 布罗德里克解释说，正是在这些简单、古怪的物体中，“二十世纪的物理学崩溃了。” 但据说被打破的二十世纪物理学是什么呢？ 基本上，有阿尔伯特·爱因斯坦的广义相对论（它对艾萨克·牛顿的引力概念做了微小但影响深远的修正），还有量子力学。 布罗德里克说：“广义相对论被认为是关于非常大和巨大的理论，而量子力学是关于非常小或非常冷的理论。” 黑洞质量很大（广义相对论），而且温度很低（量子力学）。 但是，当科学家试图用这些理论来描述黑洞内部发生的事情时，正如另一位天体物理学家所说，其含义是“一场灾难”。 或者，正如布罗德里克所说，这些理论“给出了截然不同的答案”。 有些科学术语比其他术语更具魅力。 薛定谔的猫、暗物质、原子的“李子布丁”模型——这些比“本征态”、“中子星”或“核糖体”更能唤起人们的回忆。 已故物理学家约翰·惠勒 (John Wheeler) 曾经说过：“几个月来，我一直在寻找合适的术语，在床上、在浴缸里、在车里，无论在哪里有安静的时刻，我都在反复思考。”当时被称为“重力完全塌陷的物体”。 惠勒也读诗，喜欢用生动的语言来表达物理学的新概念。 正是惠勒给我们带来了“虫洞”、“参与性宇宙”和“量子泡沫”——这些名字都带有它们所描述的精神。 1967 年，惠勒参加了一场关于天体物理学家乔斯林·贝尔最近发现的脉冲星（一种发出辐射的天体）的讨论。 讨论的重点是是什么导致了这种奇怪的现象。 一种解释是“物体完全塌陷”。 当惠勒讲话时，他多次使用这个繁琐的术语，然后发现自己只是说“黑洞”。 这个名字被卡住了。 （无论如何，这是起源故事之一——这个术语几年前就在文章中使用过，据说也是一位与会者向惠勒大声提出的建议。） 对于大多数人来说，这个名字会让人想起诺贝尔奖获得者天体物理学家索尔·珀尔穆特（Saul Perlmutter）所称的黑洞的“达斯维德方面”：这些物体“致命、沉默、无所不能、若隐若现”。 对黑洞的普遍理解虽然不精确，但其准确性与惠勒喜欢读的诗歌联系在一起。 “它不仅会吞掉任何离它太近的东西，而且没有人能活着讲述这个故事。 。 […]
黑洞及其名字的悲惨由来石斧科学
何塞·阿方索·莫雷拉·奥尔蒂斯（José Alfonso Morera Ortiz），更广为人知的名字是埃尔·霍特拉诺（El Hortelano），是一位明星画家。 在他创造的众多天堂之一中，园丁给他想象中的星系中的每一个天体命名，并将其中一颗星星命名为欧卡·利勒（Ouka Leele）； 芭芭拉·阿连德（Barbara Allende）的艺名就是来自这个光点。 剩下的就是历史了。 但回到科学，园丁总是告诉古希腊哲学家如何认为光来自我们自己的眼睛，因此，当他们看到一颗星星时，他们推断这是因为光以一定的速度传播。 速度 无限地照亮它。 今天我想起了这一切，因为我刚刚读了一本园丁非常喜欢的书。 它由天体物理学家丽贝卡·斯梅瑟斯特签名，标题为 黑洞简史 （黑人）。 除其他外，这本有趣的书指出了希腊哲学家的错误，因为如果光速像人们想象的那样是无限的，那么我们就可以看到黑洞的样子。 发生的情况是最大限制 光速 它的速度为299,729,458 m/s，由于黑洞的逃逸速度大于光的逃逸速度，因此光被困在其中，这就是为什么我们看不到它的内部是什么样子。 更多信息 黑洞这个词是由物理学家罗伯特·亨利·迪克创造的，其灵感来自于 1756 年 6 月 20 日发生在加尔各答的一个历史故事，确切地说是在威廉堡的地牢里。 上述英国堡垒的士兵顽强地抵抗了孟加拉纳瓦德西拉吉·乌德·道拉军队的围攻。 最终，这一切变成了一场地狱般的围攻，英国士兵尽其所能地逃脱了。 当堡垒被攻克时，幸存的士兵被带到地牢：一个肮脏的牢房，一个狭窄的空间，他们称之为： “黑洞”。 通过这种方式，美国物理学家罗伯特·亨利·迪克将被压在地牢中的囚犯的尸体与空间中某一点的恒星压缩物质进行了识别； 丽贝卡·斯梅瑟斯特 (Rebecca Smethurst) 在这本激动人心的书中写道，“这是一座我们无法直接看到的物质之山，因为连光都无法逃脱它们”。 天体物理学。 霍特拉诺很想读的一本书，这位明星画家总是和欧几里得和托勒密打成一片，他们声称我们的眼睛充满了光，就像灯笼一样，有了它们，我们可以立即到达遥远的星星，所有更有理由认为光速是无限且瞬时的。 伽利略花了一些时间才到达，并在一公里半外的两座山上用手电筒测量光速。 从第一个手电筒被揭开到看到光从第二个山上射出所经过的时间，就是光在两座山之间往返的时间。 但在伽利略的实验中，两座山都记录了相同的时间，由此推断出光速是无限的。 然而，伽利略本人解释说，光传播速度太快，在一公里半的距离内无法被检测到。 他是对的。 以这种说教的方式讲述天体物理学的历史是令人着迷的。 有那么一刻，作者想象她随身带着这本书。 星际旅行 并用它到达月球隐藏的一面； 她打开它，用手电筒照射它，然后书页上反射的光沿着绕月球的弯曲路径传播到地球，这样我们就可以从这里阅读它的书页。 毫无疑问，这些是园丁在列出黑洞操纵光和看到其他方式无法看到的事物的可能性时会想到的问题。 您可以关注 材料 在 […]