宇宙的构造

 1 ) Some “Aha” & “Wow” Moments

一些“啊哈”、“哇噢”：

1. 运动拆分为时间和空间两个维度。

2. 时空面包切片：时间是一系列事实排序，可以沿不同运动方向切片。

3. 光速的绝对性，时间、空间是相对的，互相变化影响的。

4. 引力会拉扯时空。引力是由时空内的物体造成的时空扭曲。空间是动态的。

5. 量子纠缠。量子位可以是0和1的混合态，算力强大。量子世界的不确定性，随着物体增大消失，直到最终剩下唯一可能，其他可能性集合在多重宇宙。

6. 多重宇宙的三个支撑理论：宇宙永恒膨胀论、暗能量、弦论。

1）大爆炸不是单一事件，新宇宙会不断诞生和扩张。2）暗能量把星系推得非常远，宇宙变得稀疏；或 暗能量随着时间推移变强，强到能撕裂所有物质，甚至原子。3）弦多维度震动，有多维度形状，10^500种，无限宇宙里，有限元素的组合一定会出现重复的组合。

7. 物质进入黑洞后，以三维形式存在于黑洞内，同时以二维形式存在黑洞表面。我们所处的三维实境，是某个遥远的二维表面存储信息的投影。

—————以下是摘录—————

E01 Time warp 时间扭曲

Time is not a label for the whole universe. Time is experience individually. Each has private time and it flow in a private way.

There wasn’t time in a universal tick tok. There were times.

Motion through space affect the passage of time. Time itself is running more slowly for the person who is moving.

运动拆分为时间和空间两个维度。

时空面包切片：时间是一系列事实排序，可以沿不同运动方向切片。（哇哦！！）

Flow of time is an illusion.

重力可以拉扯时间。重力拉扯越强，时间流速越慢，大厦底层比高层慢tiny bit。

黑洞的时间过得无比慢，时间旅行，去黑洞转一圈回来，黑洞一瞬，地球一年。

虫洞可以穿越到过去，但未来（事实）不会被改写。

时间之箭：时间的流动是单向的。

熵增：increasingly disorder

过去，不同且更有序。

当我们看到星光，其实是回看过去，无序达到一定程度时，in the far future, those distant galaxies are no longer visible. The past, in cosmic terms, is out of reach.

E02 Quantum mechanics 量子力学

爱因斯坦和玻尔的争论

玻尔认为粒子运动是不确定的，观测行为使之确定。

量子纠缠quantum entanglement: Spooky action at a distance

Einstein: Everything is decided well before you look.

Bohr: Observation itself bring it to a settled status.

量子纠缠为Teleportation 瞬间转移提供可能。

Quantum byte 量子计算

传统计算机byte = 0 or 1

Quantum byte can be hybrid from 0 to 1 中间所有态，would be very good at Multitasking.

Why protons can be partly here and partly there. humans can only be either here or there. 量子世界的不确定性，随着物体增大消失，最终剩下唯一可能，其他可能性集合在多重宇宙。

第三集 Multiverse 多重宇宙

Our universe is not alone.

多重宇宙的三个支撑理论。

1. Eternal Inflation 宇宙永恒膨胀论

宇宙大爆炸：巨大的排斥重力posgravity

不是所有地方都同时停止膨胀（膨胀速度不同），总有在继续膨胀。

部分区域（宇宙）停止膨胀，部分区域（宇宙）继续膨胀。大爆炸不是单一事件，新宇宙会不断诞生和扩张，形成multiverse

能想到就已经是人类对宇宙认识的进阶，哪怕有一天会被证伪。

2. Dark energy 暗能量

Push all the galaxies apart cause the expansion speed up 加速膨胀

红移：加速远离

每个宇宙的暗能量值不一样

the strength of dark energy 太强，坍缩；太弱，远离速度过快不能形成物质

3. 弦理论

弦是宇宙的DNA

多维度震动，有多维度形状，10^500种

无限宇宙里，有限元素的组合一定会出现重复的组合。

有人认为，多重宇宙是对我们不了解的事物的取巧解释：包括我们宇宙极小的暗能量值，弦论大量额外维度possible shapes.

E04 space odyssey 空间漫游

空间是描述运动的框架，空间可以不同维度扭曲、波动。但鱼对水无感。

光速的绝对性，为了达到这点，时间、空间不可能是绝对的，而是相对的，互相变化影响的。

space-time

引力是时空的形状 Gravity is the shape of space time itself.

引力是由时空内的物体造成的时空扭曲。空间是动态的。

引力造成空间扭曲

黑洞（坍缩的恒星，引力极大）可以拖着空间走。但地球对空间的扭动极小，难以测量。

希格斯场Higgs Field，给运动中的粒子以质量。（类比：粒子是演员，质量是人气，场是狗仔队）

引力的向内牵引减缓宇宙的膨胀。

暗能量推进宇宙膨胀。

暗能量把星系推得非常远，宇宙变得稀疏；暗能量随着时间推移变强，强到能撕裂所有物质，甚至原子。

物质进入黑洞后，以三维形式存在于黑洞内，同时以二维形式存在黑洞表面。黑洞内的事物可在黑洞表面完全表达。

我们所处的三维实境，是某个遥远的二维表面存储信息的投影。Three dimensional world is kind of an illusion.

第一集 时空扭曲

什么是时间

所有重复进行的事情都可以看做时间，原子振动是最精准的重复，所以原子钟是最精准的时钟。时间不是恒定不变的，每个人都有自己的时间，与他人的时间不是同一个时间。

时空观

时间和空间是一个不可分割的整体，名为时空。空间轴的速度、时间轴的速度、光速三者呈勾股定理，光速是恒定不变的斜边，因此，当空间轴上的速度越快，时间轴上的速度就越慢，当空间轴上的速度等于光速时，时间轴的速度就等于零。速度越快，空间也会发生扭曲。

现在切片

把时空比作面包，那么现在切片就是面包的一个切面，而空间上的速度改变，切面的角度会发生改变，自己一个细微的角度改变，体现在整个时空上就会是巨大偏移，你的现在也许是我的过去，或者我的未来。过去、现在、未来这些概念只是人们的幻觉，其实无论什么时间都实实在在地存在于同一个时空内，这就是现实。

引力对时空的影响

引力可以拉扯时间，引力越强，时间越慢，因此理论上只要去黑洞附近转一圈再回来，就能明显感觉别人比你老了，这就是去未来的方法。而如果要到过去，理论上可以借助虫洞。

时间之箭

空间中人们可以朝前走也可以朝后走，时间上也没有什么物理定律规定时间必须朝前走，那为什么时间总是前进不能后退？解释之一就是热力学第二定律，熵只能从小到大，而不能反过来从大到小，也就是说，物理世界只能让物体从有序变为无序，反过来可以推出，宇宙最开始的状态必定是最有序的，也就是大爆炸，那么既然时间有起点，是不是也有终点？有理论认为，最终黑洞将吞噬一切，然后黑洞自己也会蒸发，剩下一堆随机的粒子漂浮在宇宙中。到那个时候，什么事情都不会发生，时间这个概念本身将会消失。

第二集 量子力学

量子跃迁

气体加热后散发出来的光穿过三棱镜，投射出来是一道道单独分开的有色光条。这与传统印象中连续的彩虹光谱完全背道而驰。原因在于量子跃迁，尼尔斯玻尔提出，电子围绕原子核运动有固定的轨道，而且只能在这几条轨道上运行，电子吸收能量之后，从里面的轨道直接跃迁到外面的轨道，在这个过程中，电子没有经过两条轨道中间的空间，而是瞬移，这个能量跃迁的瞬移过程会发出特定频率的光，因此就造成了单独分开的有色光条。

概率波

双缝干涉实验显示，电子通过双缝之后，会出现在原本完全意想不到的位置上，而这一特性只有波才会出现。可是电子是粒子，波是波，这两者怎么能同时成立？马克斯波恩提出概率波的概念，完美解释了电子这种特性，这就是波粒二象性。电子通过双缝后出现在哪里，完全是由概率决定的，这一特性已经得到实验的再三证实。

测量与观察

这是量子力学的核心，粒子在测量或者观察之前，它是以概率形式存在的，当人们去测量或者观察时，这个测量或者观察动作，会迫使粒子放弃原本可能存在的地方，而选择一个明确位置，也就是坍缩。

量子纠缠

爱因斯坦不相信不确定性，他认为上帝不掷骰子，世界是确定的，于是他想出了一个直击量子力学命门的问题：量子纠缠。因为信息传递的速度不可能超越光速，所以爱因斯坦认为量子纠缠是不可能发生的，看起来的纠缠态只不过是事先就决定好的，就如同一双手套，左右手早已确定，跟观察无关。但事实证明爱因斯坦错了，量子纠缠已经得到了实验的多次证明。

量子通信，量子传输，量子计算

量子纠缠效应的应用，可以传输人类吗？就像电脑上传文件一样，或者远程3D打印。信息可以构成一切。被传输过的人，还是原来那个人吗？这是个哲学问题。拥有量子位的量子计算机将指数级提升计算的能力。

其他可能性在哪里？

量子理论显示世界的根本是概率，我们只是身处其中一种可能性，也只能看到一种现实，那么其他可能性呢？

第三集 多重宇宙

多重宇宙还有争议，没有被证实。但有多个理论从侧面证明我们很可能处于多重宇宙当中的一个。

宇宙暴胀理论

我们都知道宇宙大爆炸，但是宇宙为什么爆炸？爆炸前是什么样的？亚兰古斯和戴自海计算出在宇宙爆炸之初，引力的作用方式与今天相反，那时的引力不是把东西往内吸引，而是往外推的排斥重力，造成宇宙暴胀，使得物质在眨眼间从分子大小暴胀到银河系那么大。如果暴胀理论属实，那么暴胀就会在宇宙微波背景辐射上留下如指纹般的印记，显示出明确的温度变化模式。2001年NASA宇宙探测卫星WMAP在宇宙探测到的宇宙微波背景辐射的温度变化印记与暴胀论推测的完全吻合，证实了暴胀理论。

多重宇宙观的诞生

两名俄罗斯科学家从暴胀理论的方程中发现，暴胀后不是所有地方都同时停止暴胀，既然如此，那么一定还有某些区域的太空还在暴胀，这样看来，大爆炸并不是一次性的，而是源源不断地发生，永不停歇。在我们的宇宙大爆炸之前，已经发生过无数次大爆炸，未来其他地方还会发生无数次爆炸，这样就会有源源不断的新宇宙诞生，形成无限扩张的多重宇宙。（瑞士面包🍞与静电的比喻真是太形象了。）但是，如果宇宙永恒暴胀的算式是唯一证明多重宇宙的方法，那还是有点单薄。所幸还有另外两个完全无关的理论也提供了强有力的佐证。

暗能量

宇宙中有各种天体，天体有引力，引力会把物体往里吸引，按理说宇宙应该被吸得越来越小，可实际上今天的宇宙仍在膨胀，那么就必定存在另外一种对抗引力的力——暗能量。根据量子力学计算，宇宙中的量子涨落会产生巨大的暗能量，但实际测量后发现，暗能量极极极极极极极微小，与计算值差距巨巨巨巨巨巨巨大，而唯一能解释这种现象的，就是有其他很多宇宙分享了暗能量，使得我们分到了恰到好处的暗能量，恰好适合我们生存，这就是多重宇宙的另一逻辑证明。

弦理论

弦理论拥有完美的算式，显示世界上的所有物质都是由细微的弦组成。但是弦理论的计算需要有多维空间作前提条件，而多维空间就指向了多重宇宙。想象100米开外的一根电线，在我们看来是一维，在蚂蚁看来是二维，在微生物看来就是三维。弦理论家们认为，在微观世界就存在这种环状细小的额外维度（弦）。这些弦的形状就决定了我们宇宙的基本特性。就好像乐器的不同空间形状会发出不同的声音，不同的DNA决定不同的长相，弦的形状可以说就是宇宙的DNA。弦理论家们计算出各种可能的弦的形状，数量庞大，有10的500次方之多。但就如同一个人只有一种DNA，一个宇宙也只有一种弦，那如何解释弦理论求出的如此大量的解？只能有一种解释，那就是可能存在10的500次方个宇宙，即多重宇宙。

三种不同领域的缜密理论都证明了多重宇宙，就如同三角形的三个角，而三角形是最稳定的结构，所以，即使没有证据，多重宇宙也是八九不离十了吧！

根据多重宇宙论，由于存在如此庞大的数量，按照概率，其中必定存在与今天世界相似甚至完全相同的世界（就好比掷骰子多次，总会掷出重复的一样）。也就是说，你我在另外一个或者多个宇宙，都有分身，有可能关联上吗？可以想象一下量子纠缠。

证明多重宇宙的方法

当两个宇宙出现交叠时，会在宇宙背景辐射上激起涟漪，而这个涟漪是可以被宇宙探测器探测到的。科学家认为这个涟漪可能在一百年内出现，就如同引力波在百年后的今天被测到一样。

第四集 空间漫游

空间

宇宙空间不是真的一无所有，空间可以被弯曲，可以扭曲，可以出现涟漪，说明空间里有很多东西。速度会造成空间的扭曲。

引力

引力的本质不是像牛顿描述的那样，而是由于质量大的物体扭曲了柔软的宇宙，使得周边的物体被迫绕着它运动。这个理论已被实验证实。

无中生有的量子

量子有涨落现象，因为它是概率，因此可以从虚无中出现，然后又消失。这个理论同样被实验证实。

希格斯场

粒子要结合必须有质量，质量从哪里来？空间中的能量使之产生质量。与空间互动越多，质量就越多。希格斯认为空间本身有固有的特性，是固有的，拿不掉。这就是希格斯场。粒子加速器正在试图寻找希格斯场的存在。

黑洞

我们今天的真实世界真的真实吗？它可能是遥远的二维表面的投影。整个宇宙甚至都可能是投影。为什么这么说？以前我们总认为，黑洞是质量最大，引力最大的天体，连光都逃不出去，那么如果有东西掉进黑洞，肯定永远也回不来了。但最近科学家又有了一项令人惊奇的发现，如果一样东西掉进了黑洞，他不会完全消失，这样东西所附带的信息似乎会被存储在黑洞的表面，这种存储方式与数据存储在电脑里一样，所以掉进黑洞的物体将出现两个版本，一个是掉进黑洞永远消失的三维版本，一个是显示在黑洞表面的二维版本，掉进黑洞的所有东西的信息能通过黑洞的外部完全表达。所以要想知道黑洞里面有什么，只要看黑洞表面就能完全掌握。理论上，既然黑洞表面是完整的信息，我们就能用这些信息重建掉进黑洞的物体。

全息影像

不仅是黑洞，我们整个宇宙的规则和黑洞是一样的，那么既然黑洞里的物体可以通过黑洞表面的信息加以描述，那么宇宙中所有的物体，无论是星球，我们自己，甚至是宇宙本身，也可能只是存储在据我们非常遥远的二维表面的信息的投影而已。也就是说，我们今天所感受到的所谓的真实世界，可能只是一种全息影像，我们感受到的三维空间可能只是一种幻觉，而真正的真实是遥远宇宙表面二维空间上的现实，我们只不过是电影中的人物而已。如果这个理论被证实，那么其震撼度绝不亚于牛顿和爱因斯坦带来的震撼。

当所有其他可能性都被否决后，剩下的那个可能性无论看起来有多不可思议，也是唯一的事实。——夏洛克福尔摩斯。