13个数字带你揭开宇宙的终极奥秘

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生活中总有一些数字非常重要，例如自己的手机号码或是身份证号。但要是从整个宇宙的广度上看，却是一些简单的数字具有极其重要的意义，这些数字构成了我们现在的宇宙和世界。加州州立大学数学系教授James D. Stein在他的书《The Numbers That Define Our Universe》中揭示了这些与宇宙息息相关的数字：
1、万有引力常数。

1665年的伦敦非同寻常，除了爆发大规模的黑死病外，当时的牛顿也因为黑死病的传播而被迫回到家乡，并在接下来的18个月里发现了通往现代世界大门的钥匙。人类现在所生活的环境时常需要进行定量预测，而第一个人类进行定量预测的就是牛顿的万有引力。根据万有引力理论，物体间引力与物体的质量成正比，与物体间距离的平方成反比。牛顿发现行星的轨道是个椭圆并绕着太阳旋转，在他之前的开普勒只能通过长期的观察假设该理论的存在，而牛顿除了观察之外还通过计算得出了现在的地球引力常数值，并取名为G。它也是第一个被发现的常数值，由于万有引力还会受到其他力的影响，因此也是13个常数中最不精确的数值。到了1957年，人类第一个人造卫星Sputnik成功摆脱了万有引力进入了宇宙中。
2、光速。

中世纪西方发明的火炮让人们认识到了声速和光速的区别，在炮弹出膛前就能看到炮口的火焰，然后才听到火药的爆炸声。之后包括伽利略在内意识到光的速度也是有限的，并为此设计了一个实验，两人在远距离使用望远镜观察火光。由于受制于当时的技术条件，该实验最后以失败告终。直至19世纪末，技术的进步使得人类能在0.02%的误差范围内精确测量光速。Albert Michelson和Edward Morley证实了光传播方向的独立性，这也促使爱因斯坦相对论的诞生。人们经常会说没有什么比光速还要快，的确，物理世界是没有。即使现代计算机处理信息的速度已经接近光速，人们还是对下载速度有所抱怨。可以说抱怨永远比光速要快。
3、理想气体常数。

17世纪时的科学家已经明白了物质的3种形态，由于受到当时科学技术条件的限制，无法准确测量固体和液体的变化，因此研究固体和液体要比气体困难得多，大部分研究实验都集中于气体。Robert Boyle就是其中一位杰出的实验学家，他想到了控制变量法，即通过控制实验中的一个变量，来观察其他变量的变化。他由此发现了气体压力与体积之间的关系，100年后，法国科学家Jacques Charles和Joseph Gay-Lussac发现了气体体积与温度之间的关系，值得注意的是，Gay-Lussac为了做实验乘坐热气球飞到近7000米的高空，这在当时已经是世界最高纪录。将他们3人的发现综合起来，可以得到理想气体常数的值。
4、绝对零度。

人类很早就学会了生火，但要制冷却很难，而宇宙的温度很低，平均温度只比绝对零度高一丁点，原理和家里使用的冰箱类似，通过宇宙中不断膨胀的气体散热。以电学而闻名的法拉第首先提出通过制造绝对零度来遏制宇宙中气体的膨胀。他在一个密封的的试管中注入液态氯，当试管破碎后，液态氯立刻变成了气态。这个实验说明了由于试管破碎后温度升高，导致液态氯变成气态氯，某些物质如果在一定温度下，气体也会变成液体。而现代家庭中的冰箱就是根据这一原理制冷。
20世纪初期，压力技术的发展使科学家可以将氢、氧液化，由此带来的低温已经接近绝对零度，最新的激光技术可以让原子运动减缓由此得到更接近绝对零度的低温。
5、阿弗加德罗常数。

解开化学的奥秘和保险箱的奥秘可不一样，它需要2把钥匙，第一把钥匙是19世纪道尔顿发现的原子理论，宇宙中有92种基础元素，其他物质都是由这92中基础元素所组成；所以第2把钥匙是由这些原子组成的分子，例如水是由H2O分子所组成。但是到底有多少分子，如何将它们排列整齐预测化学反应的结果一直以来是化学领域的难题。意大利化学家Amadeo Avogadro提出在相同温度、压力和体积条件下，不同气体具有相同的分子，这种假说刚提出时受到了很多质疑，但它使化学家能在化学反应的开始和结束时，在相同体积下推演出物质分子的结构。阿弗加德罗数被定义为12个碳元素中所含的原子数量，数字表示为6.02×1023.
6、重力与电力的相对强度

冬天走在地毯上时，会产生静电，过多的静电甚至会让人体的头发竖立起来，这说明电力强度比重力要强。地球的重力让所有物体下落，而电却能抵消甚至超过重力的影响。这对生命体来说非常有益，生命本身就是一种复杂的电化学反应，甚至肌肉的力量和消化食物都需要电能。化学反应的反应就是源于原子外部的电子摆脱了束缚，由此和新的原子重新组合，在这些反应中产生的电能帮助人体内的神经向肌肉传输信息，这样肌肉才能运动，大脑才能正常工作。如果电能比重力弱，上述的功能就会受到影响，这也是人类进化过程中对地球环境的适应。
7、玻耳兹曼常数。

通常情况下由于地球重力导致土地下陷，水就会往低处流，但这不能解释为什么热水中的冰块会融化，而温水中不会自主结冰。这和热能的传递有关，为了回答这个问题，奥地利物理学家Ludwig Boltzmann发现冰块在温水中的热能传递比热水中要多。自然界的随机性很强，无序远比有序多。
玻耳兹曼的熵公式中包括了玻耳兹曼常数，同时也解释了墨菲原理：该出错的一定会出错，之所以错是因为错的方式比对的方式要多。
8、普朗克常数

绝大多数的科学家比较低调，自然界才是评判他们科学研究的终极标准，而有时候大自然也需要大量时间才能验证科学家的研究发现。就像Max Planck对物理宇宙的假设研究，并告诉自己的儿子：我有一个媲美牛顿的理论大发现。
他的话说得很满，事实证明了他的正确性。他认为宇宙中的能量由一个个有限的个体组成，这些个体被称为量子，或被称为普朗克常数，简写为h。普朗克量子理论不仅被用来解释宇宙的架构，也成为20世纪和21世纪技术革命的开端。几乎电子学领域的所有新发现，从激光到计算机，再到磁共振都有普朗克理论的贡献，除此之外量子理论还颠覆了人类对现实世界的认识，例如之前在科幻小说中才有的平行世界概念如今已经在量子理论的解释下，成为了现实。
9、史瓦西半径。

黑洞理论18世纪已经出现，但在很长时间内它都只是一个理论而不是一个真实的物理现象，知道爱因斯坦的广义相对论出现才有了现实黑洞的可能，它详细区别了与经典物理学中的重力不同之处。一战期间德国陆军的物理学家和宇航服务学家Karl Schwarzschild看到了这个理论。爱因斯坦将自己的理论转化为了系统方程式，这些系统方程式非常难解，但是Karl Schwarzschild却在战争期间找到了解决方法。除此之外，他还假设一个极小的球体中填充满某一种物质后就会形成黑洞，这种球体的半径被称为施瓦氏半径。由于施瓦氏半径极小因此难以单独呈现。
一般都以为黑洞非常小，密度大而且是黑色，例如施瓦氏半径球体可以将地球装进半径只有1厘米的球体内，但令人惊奇的是，大的黑洞可以非常大，假设把整个银河系的质量平分装进施瓦氏半径球体制造黑洞，这些黑洞的密度只有现在地球大气密度的0.0002。
10、氢熔效率。

Carl Sagan曾说过我们都是星尘，从氢熔效率理论来看非常正确。宇宙大部分由氢气构成，为了产生其他化合物，特别是生命，就需要从氢元素中获取其他元素，宇宙中的星云就是由一大团氢由于重力而聚拢，由此产生的压强导致核反应生成了氦。整个核反应过程中的能量释放量可以通过著名的E = mc2 公式计算出，其中只有0.7%的氢转换成了能量，也就是0.007，这就是氢熔效率，这个数字对生命体非常重要。
氢熔反应的第一步是生成氘，如果氢熔效率低于0.007，则该反应不会继续，星云还会继续形成但是仅仅是个发光的氢气球，如果氢熔效率高于0.008，则反应过于活跃，氢在反应过程中消耗过快。拿水分子来说，其中有2个氢原子，如果反应过快，则不会形成水，那么生命也将不复存在。
11、钱德拉塞卡极限。

生命体的基本元素是碳，但除了碳元素还需要其他质量更重的元素。宇宙中只有一种途径会产生这些元素，那就是超新星。超新星是巨星爆炸后的产物，超新星中会有所有那些重元素并在宇宙中散布开来，这样会慢慢在星球上形成生命，超新星非常特别而罕见，1987年在夜空中观测到的超新星距离地球超过15万光年，但还是能在地球上直接用肉眼观察到。
超新星的大小决定了它的命运，像太阳大小的超新星非常稳定，比太阳大的超新星会变成极高温的白矮星，而小的超新星会逐渐冷却并死亡。如果某个星体的体积超过钱德拉塞卡极限，那就意味着是一个超新星。
12、哈勃常数。

宇宙从何而来，有2种说法，一种是宇宙一直存在，一种是宇宙有开始之处。20世纪60年代曾有争论，哪个说法才是正确的，最后的证据显示宇宙起源于一次大爆炸。当时人们很难理解这种说法，宇宙中所有的物质一开始都压缩在一个极小的空间内，这个空间比一个氢原子还小。
如果宇宙起源于大爆炸，那么这次大爆炸什么时候发生？如今的宇宙有多大？这些问题在20世纪20年代，被一个叫作Edwin Hubble的人提出，当时他在洛杉矶的威尔逊山天文台工作，如今的太空望远镜就是以他的名字命名。
哈勃使用类似雷达枪的设备发现银河系正在逐渐远离地球，由于当时没有太空设备可以观察地球在宇宙中的位置，因此他认为整个宇宙都在发生这样的变化，所有的银河系都在远离，银河系远离地球的速度与距离地球的值就被称为哈勃常数，根据此理论推算，宇宙大爆炸发生在137亿年前。0000 0000
13、欧米茄常数。

我们现在知道了宇宙什么时候起源，到现在有多久，但我们不知道它何时会灭亡。现在只要把所有收集到的足够数据进行计算得到的常数被称为欧米茄常数，就能预测宇宙什么时候灭亡。这就像从一个行星上发射一枚火箭，已知火箭的速度，这枚火箭是否能脱离行星轨道要看这颗行星的质量有多大，例如脱离月球轨道的火箭速度就和脱离地球轨道的火箭速度不同。
宇宙的命运同样可以通过计算得出，如果宇宙大爆炸产生的速度超过银河系，那么就会彻底毁灭。如果没有超过，那么银河系还会继续包裹着宇宙，接着就会发生宇宙塌陷。这都取决于整个宇宙的质量，如果在1立方米的空间内有5个氢原子，产生的重力足以产生重力塌陷，这被称为欧米茄常数。宇宙所有物质质量与引发大收缩所需最小质量相除的结果，如果常数值小于1，宇宙将向外扩张，如果大于1，就会发生宇宙大塌陷，目前的估值在0.98～1.1之间，因此还无法确定宇宙究竟会产生怎样的变化。

本文选自：今日头条

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知道了，感恩您！

LANLAN88

更正一下，开普勒认为行星轨道是圆的，开普勒是经过计算的，牛顿是在开普勒行星三大定律基础上发现万有定律的，

小詠。

好

yy760

转发了