
拯救(大部分)世界寄生虫的科学探索内幕
科学家们的使命是拯救寄生虫,而不是杀死它们。气候变化已经在杀死它们方面做得越来越好,而这可能对世界来说是一个大问题。
艾米丽·V·德里斯科尔是纽约的一位科学纪录片制片人。
拯救(大部分)世界寄生虫的科学探索内幕
科学家们的使命是拯救寄生虫,而不是杀死它们。气候变化已经在杀死它们方面做得越来越好,而这可能对世界来说是一个大问题。
认识印度的蝙蝠女和蝙蝠侠
他们用死蝙蝠来印证他们的爱情。现在,这两位研究人员正共同肩负着拯救印度濒危翼手目物种的使命。
一个思考引力、宇宙和一切的宇宙视频迷你系列
尘世的烦恼让你倍感压力?这里有一个机会让你从世俗的喧嚣中抽身,思考三个宇宙问题
为了理解引力,把一个硬盘扔进黑洞
我们可能认为我们很了解引力。毕竟,我们对这种基本力的意识体验比其他任何力(电磁力以及弱核力和强核力)都要多。但是,即使物理学家研究引力已经有数百年了,它仍然是一个谜团。
在我们的视频《为什么引力如此不同?》中,我们探讨了为什么这种力如此令人困惑,以及为什么仍然难以理解爱因斯坦的广义相对论(涵盖引力)如何与量子力学相适应。
引力极其微弱,几乎不可能在量子层面直接研究。我们不能像用其他力那样用粒子加速器来仔细研究它,所以我们需要其他方法来研究量子引力。
黑洞出现了。在 1970 年代初期的一篇论文中,已故物理学家雅各布·贝肯斯坦研究了当物质屈服于黑洞巨大的引力并穿过其事件视界时,熵会发生什么的问题,熵是系统中无序或随机性的度量。
贝肯斯坦指出,物质的熵似乎在黑洞内部消失了。然而,这将违反热力学第二定律,该定律规定了两件事:信息不能被破坏,熵只能增加。因此,黑洞的熵必须弥补损失。贝肯斯坦认为,这种黑洞熵一定不是与黑洞的体积成正比,而是与其事件视界的面积成正比。
如果我们用面积而不是体积来描述黑洞的内容,我们也应该从面积的角度来思考物理定律。这意味着万物理论(包括引力)应该能够在少于三个时空维度中发挥作用。
现在,让我们想象一下,描述整个宇宙状态的信息都存储在一个硬盘上。然后把硬盘扔进黑洞。存储的信息不能丢失,所以它一定包含在黑洞的表面积中(尽管是杂乱无章的)。
这种情况导致了一种全新的思维方式,即宇宙可以有效地成为全息图,一个看似 3D 的物体实际上只是一个来自 2D 表面的投影。我们表面上对世界的三维体验将是一种错觉,是由一个基本较低维度的现实令人信服地产生的。
也许我们都只是在引力的宇宙微风中飘荡的纸片人。
大爆炸、斑马和我们宇宙的纹理
斑马和宇宙的结构有什么关系?在你的脑海中想象一只斑马。这只动物有抽动的耳朵、簇状的毛发以及包裹在肌肉和皮肤上的视觉干扰图案,它有自己的轮廓,这些轮廓很容易在近距离辨认出来。但是,把一大群斑马聚集在一起(按定义,是一个眩目),当从远处观察时,个体就会融合并融入到看似同质化的头部、蹄子和条纹的海洋中。宇宙中的物质似乎也以非常相似的方式令人眼花缭乱。
在这个视频《大爆炸如何支配我们宇宙的纹理》中,我们探讨了宇宙不均匀性的概念,并使用斑马来类比散布在宇宙中的物质团块。动画师洛蒂·金斯莱克描绘了这些异想天开且熟悉的角色,它们像在星系中物质聚集的方式一样,吃草并形成越来越大的群体。我们受到了玛丽琳·丁滕法斯绘画的调色板的启发,这些绘画构成了视频实景部分中的背景。
这种视觉呈现提出了一个关于空间纹理的基本问题:它是光滑的还是崎岖的?答案是,它两者兼有。从很远的距离观察时,它是均匀的或光滑的,但在行星和星系的尺度上,它是不均匀的或崎岖的。纹理上的这种差异为我们提供了关于宇宙早期历史的线索,甚至让我们能够描述暗物质的分布方式。
但宇宙具有现在的纹理到底意味着什么呢?空的空间是光滑的,因为没有物质来改变宇宙的平衡。在大爆炸发生后不久,宇宙经历了一个膨胀时期,在此期间,宇宙呈指数级扩张。在这一点上,宇宙几乎是完全光滑的,因为尽管它没有恒星和星系(第一批原子直到大爆炸后大约38万年才形成),但在时空中存在着微小的量子涟漪。
随着时间的推移,这些微小的量子涨落被引力放大。形成了团块和空隙,在相对较小的尺度上产生了崎岖的纹理。随着引力将团块拉到一起,它们坍缩成恒星、行星和星系,而不均匀性在宇宙时间中逐渐增加。
在引力坍缩不起作用的非常远的距离上,我们的宇宙仍然是光滑的或均匀的。但是,如果你放大,宇宙中的所有物质和能量都显得均匀分布。
下次你在动物园时,可以稍微思考一下这些精神食粮。
苹果大小的恒星、土豆形状的地球和创造我们现实的力量
生活的起起落落可能看起来像引力一样不可避免,但不知何故,2020 年感觉比平时更糟糕。仅仅作为一个思想实验,如果今年实际上变得如此奇怪,以至于甚至开启了引力影响我们物质宇宙的方式的改变,会怎么样呢?
在视频《宇宙必须是现在这个样子吗?》中,我们研究了如果对造成我们所知道的世界的物理学进行一些调整,我们的宇宙,更具体地说,我们的生活可能会是什么样子。
如果引力在我们自己的三维世界中稍微强一点,时空的曲率会更大,物质会更容易向自身坍缩。与我们现实中的那些相比,这种安排会使恒星、星系和行星变得非常小。我们不仅在地球上的空间会减少,而且我们的太阳会更快地耗尽其核燃料,这意味着进化和生命本身会受到极大的限制。
如果引力较弱,地球会变得巨大,而且它的形状可能像一些小行星或土豆一样奇怪。我们可能不会走在地球表面上,而是可能会发现自己在篮球比赛中跳起来抢篮板,结果却意外地最终进入高层大气,或者作为微小的人类空间站绕地球运行。
如果我们根本不是三维的会怎么样呢?(想象一下把人看作是纸片人。)如果我们生活在二维空间中,引力的作用方式会大不相同。尽管我们仍然会有爱因斯坦广义相对论中提到的时空曲率,但这种曲率将不再产生引力。对于这种扁平化的宇宙,我们可能会有“标量引力”,其中牛顿对引力的描述将是最终的定论,而黑洞将被降级为科幻小说。
值得庆幸的是,尽管 2020 年似乎颠三倒四,我们仍然有引力来保持我们的稳定。
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