未解之谜才是原动力

一个学科如果没有一些未解之谜那都不能叫做一个学科,毕竟未解之谜才是学科前进的方向。在19世纪末,当时在学术圈有个大牛,江湖人称开尔文勋爵。他曾经在一次报告会上提到了笼罩在物理学上空的两朵乌云,一朵是以太,另外一朵是黑体辐射

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

这位名震江湖的学者一点都没有看错,这两个“未解之谜”直接在20世纪初击垮了整个经典物理学,“以太”直接催生了相对论,而“黑体辐射”催生了量子力学。他们拓宽了物理学的边际,分别在小尺度上,和大尺度上打开了全新的世界。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

天文学上空的两朵“乌云”

那如果你要问笼罩在如今物理学和天文学上空的乌云到底是什么?

其实答案也很简单,也还是两朵:暗物质暗能量。那为什么这么说呢?

这是因为人类忙活了一个世纪,终于发现,自己能观测到的东西只占宇宙总量4%左右

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

那为什么会得到这样一个结果呢?

这其实和天文学研究的三个问题有关,20世纪天文学家又将这三个问题的研究推进了一大步,但推进的同时,科学家猛然发现,当我们知道得越多时,我们就会发现自己知道得越少。

天文学的“哲学三问”

其实天文学的研究无外乎就三件事:我们是谁?我们从哪里来?我们要到哪里去?

打眼一看,你就会这不就是门卫老大爷的“哲学三问”吗?

但事实就是如此,在天文学研究中,其实都是一个个模型。每个模型都是研究对象的“生,老,病,死”,也就是涉及到演化。比如,科学家会研究宇宙的“生,老,病,死”,也就是标准宇宙模型

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

“我们是谁”其实探究的是人类到底位于宇宙的位置?

这个问题伴随着整个人类文明的演化。最早有地心说,认为地球是宇宙的中心,后来有日心说。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

到了近现代,科学家发现我们其实在一个叫做“银河系”的星系中,而宇宙中有无数的星系,即使我们朝着天空最暗的区域看去,都有成千上万个星系。后来,随着我们进一步地研究,就发现宇宙中还存在着宇宙大爆炸留下的余热,它在宇宙中以电磁波的形式传播,成为了宇宙的背景辐射,因此我们将其称为宇宙微波背景辐射。对于宇宙微波背景辐射可以让科学家更加深刻地了解我们在宇宙中的位置。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

“我们从哪里来?”和“我们要到哪里去?”和指的是研究宇宙的起源以及宇宙的演化,这里的演化其实就包括宇宙的未来。

在20世纪,从1915年广义相对论的提出作为起点,科学家一直在逐渐完善大爆炸理论,这个理论让我们知道,如今的宇宙起源于138亿年前的一场大爆炸。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

同时,科学家也在完善138亿年来,宇宙到底发生了什么?

但是我们要知道的是,天文学的研究大多数都是基于光学原理的研究。这是什么意思呢?

在宇宙中存在着四种作用,引力、电磁相互作用、强相互作用、弱相互作用。其中强相互作用、弱相互作用主要是在原子核层面的作用。引力则是物质之间彼此吸引的力。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

也就是说,在日常生活中,除了引力,我们所接触到的所用的“力”都是电磁力。我们看到东西,还有支持,弹力本质上都是电磁力。所以,科学家在观测宇宙时,利用的也是电磁力。

但是利用电磁力观测就会出现一个很大的问题,传递电磁力的是光子。也就是说,光子没有达到的地方或者不和光子发生作用的,就是我们看不到的。

宇宙诞生的前38万年,光子和其他粒子汇聚到一起,没有办法摆脱并且传播出来。因此,我们实际上无法了解到宇宙前38万年的历史。这其实是潜在着天文学的另一朵乌云。不过,好在我们知道了办法,虽然光是受到限制的,但引力波是没有这些限制的。也就是说,如果我们可以探测到宇宙大爆炸之初的引力波,我们也就可以了解到宇宙前38万年的历史

不过,如今以人类的观测设备来看,人类只具备了观测大型天体合并所产生的引力波,距离探测到原初引力波还有很长的路要走。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

除了我们宇宙诞生的前38万年不了解,实际上,人类对于宇宙的未来也不够了解。按照目前的理论,主导宇宙未来演化的无非就是引力和斥力。而根据20世纪科学家们的发现,我们知道,提供引力的不仅仅有可见物质,实际上还有暗物质,而且暗物质才是真正的主力。而提供斥力的则是暗能量,它目前主导了宇宙,使得宇宙处于加速膨胀状态。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

而它们都不参与到电磁相互作用当中,因此,我们对于“暗物质”和“暗能量”知之甚少。而它们正是绝对未来宇宙走向的关键因素。因此,我们说天文学上空如今的两朵乌云是暗物质和暗能量。只要研究明白了暗物质和暗能量,人类才有可能了解到宇宙的终局。

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

人类的未来

以上我们说的其实是大尺度上的大事件,除了这些“终极问题”。天文学家也很关心很多和人类切身相关的科学研究。其中,在小尺度下,“我们到哪去”其实就指向的是寻找地球以外的人类家园

天文学界的未解之谜,揭开任意一个,或可带领人类进入新时代-MAAMX

所以,科学家一直都在试图寻找外星文明,寻找类地行星,以及研究可宜居带模型。这些研究无疑指向了“人类的未来”。而这些领域当中也有许多科学家困惑的问题。

所以,如今的天文学其实是充满着各种“未解之谜”的,我们的征途是星辰大海,但星辰大海又太过广阔,各种超乎我们理论的事件实在太多太多。而这些事件正是人类天文学前进的推动力。