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- 宇宙学 想不通
- 黑洞 还有哪些不清楚
- 黑洞 我们知道什么
- 引力波 到底观测到了什么
- 地球内部 无法直接观测
- 暗物质 暗能量 未解之谜
- 科学 直接观测 间接观测 理论预测
- NASA 加油
1. 为什么偏偏宇宙学就是让人想不通
普通的逻辑和身边的物理，大多还是能想通的。
东西松手会往下掉。 用力推就会动。 摸到烫的东西会觉得烫。 在水里越深，压力越大。 在地球中心，引力的方向会相互抵消，但压力从四面八方都大得惊人。
这些事，直觉和理论基本上都对得上。
可一说到宇宙，突然就变得难以接受了。
黑洞。 引力波。 时空弯曲。 暗物质。 暗能量。 宇宙膨胀。 奇点。
聊到这儿，你难免会想：“等等，这些真的搞清楚了吗？”
我觉得，这是一种相当健康的怀疑。
宇宙学并不是一件什么都弄明白了的成品。
有些部分已经被验证得非常扎实，有些部分确实还没搞清楚，两者混在一起。
所以关键不是简单粗暴地对宇宙科学“信”或“不信”。
直接观测到的东西。 通过间接证据有力推断出来的东西。 理论上预测会如此的东西。 还没搞清楚的东西。
关键是把这四类分开。
不分开就说“我们全都懂”，那就成了相当草率的“野猴子科学”（不讲依据、装懂的伪科学）。
2. 黑洞光是“洞”这个名字，就容易让人误会
“黑洞”这个名字很容易引起误解。
我们会不自觉地想到甜甜圈的洞、鼻孔那样，某个东西上空出来的一块空间。
但NASA的说法是：黑洞并不是真正意义上的洞，而是把大量物质塞进了极小的空间里。在事件视界（有去无回的边界）以内，引力强到连光都逃不出去。
所以与其说黑洞是“宇宙里开的一个洞”，不如说它是
引力强到再也没有路能回到外面的区域。
拿《龙珠》（日本非常有名的漫画和动画）来比的话，“界王星的引力很大”这个切入点其实挺贴切。
不过黑洞可不是界王星的加强版，而是再高一个档次的危险。
- 界王星：引力大。但努努力还是能活动，也能回去
- 黑洞：一旦越过边界，连光都回不来
- 界王星：修行的地方
- 黑洞：出口判定消失的宇宙牢笼
所以黑洞与其说是“洞”，不如说更接近按物理定律已经没有归途的状态。
3. “意面化”并没有在人身上被直接观测到
据说掉进黑洞会被拉成意大利面那样细长。
但这里也别装得太懂。
并没有人拍到过有人掉进黑洞、像面条一样被拉长的瞬间。
这当然没观测到。
意面化的依据，主要是潮汐力的理论，以及可以解释为恒星靠近黑洞后被撕裂的观测。
潮汐力，是因为物体靠近的一侧和远离的一侧所受引力大小不同而产生的力。
比如你脚朝下掉下去，脚离黑洞更近。 所以脚被拉得更狠。 头被拉得稍微弱一些。
这个差值会把你沿纵向拉长。 同时在横向上被挤压。
这就是意面化的基本画面。
不过，这里有必要理一理。
- 因引力差而使物体被拉长：理论上相当可靠
- 恒星在黑洞附近似乎被撕裂的现象：已被观测到
- 人真的被意面化的影像：没有被直接观测到
- 事件视界内部最终会发生什么：还有不清楚的地方
NASA也说，物质越过事件视界之后会发生什么，仍有尚未准确弄清的部分。
把这些混在一起说“全都搞懂了”，就有点草率。
我觉得最诚实的说法是这样的。
在黑洞附近，潮汐力预计会把物体拉长，也有观测可以解释为恒星确实被撕裂了。 但人体大小的意面化并没有被直接观测到，黑洞内部也仍有未解之处。
说到这个程度，刚刚好。
4. 地球中心的引力会抵消，但压力是顶级的
聊引力时，会自然冒出一个疑问。
在地球上，物体会被拉向地球中心。 那要是身处地球中心，会怎么样？
结论是：在接近球对称的模型里，地球中心的重力加速度几乎为零。
因为四面八方都是地球的物质。
右边在拉你。 左边在拉你。 上面、下面也在拉你。
如果完全对称，这些拉力就会相互抵消。
但这里重要的是，
引力接近于零，和安全完全是两回事
地球中心的压力，从四面八方都大得离谱。
即便引力的方向抵消了，上方物质的重量带来的压力还是会不断累积。
所以地球中心是这样的：
- 重力加速度：中心处几乎接近0
- 压力：顶级
- 温度：极高
- 人：当场没命
说成“看似失重，其实是被一整个地球的重量从四面八方挤压的地狱”，就比较贴切了。
5. 地球内部也不是直接看到的
这一点同样重要。
人类从未真的去过地球中心，亲眼看过里面。
我们对地球内部的了解，主要是综合地震波、重力、磁场、热流、岩石实验以及地球的运动等推断出来的。
美国地质调查局（USGS）也说明，目前关于地球内部的信息，来自地震波的路径与特征、高温高压下的岩石和矿物实验，以及地球的重力、磁场和热流等。
也就是说，对于地球内部，
并没有直接看到。 但多条间接证据高度吻合。
就是这样的状态。
你不能说“没直接看过，那就全是假的”。
但说得好像亲眼看过一样，也不对。
这里也一样，要把直接观测、间接观测和理论推断分开。
6. 引力波能“看”宇宙，为什么不能给地球内部做CT
既然引力波能看见宇宙，是不是也能看到地球里面的引力？
这个疑问非常自然。
但引力波和地球的引力场，不是同一种东西。
引力波是黑洞合并这类剧烈现象产生的时空涟漪。
美国的引力波观测站LIGO在2015年9月14日宣布，首次直接探测到来自两个黑洞合并的引力波。
这说的是“遥远宇宙里时空发生了抖动，这个抖动传到了地球”。
而地球内部的引力，基本上是一个静态的引力场。
它不是以波的形式飞过来的东西。
当然，地球的引力场是有人在测量的。
NASA/JPL的GRACE-FO是一项测量地球引力场变化、追踪水的迁移和地表质量变化的任务。
但这并不意味着就能把地球内部干净利落地做CT。
只靠引力，信息会混在一起。
即便在地表或卫星上发现“这里的引力稍微强一点”，那到底是浅处的密度差异、深部的结构、地下水、冰，还是地幔，光靠引力数据很难一锤定音。
所以想看清地球内部，除了引力，还得结合地震波、磁场、岩石实验和数值模型等。
也就是说：
用引力波看宇宙 → 探测的是剧烈的时空抖动。
看地球内部的引力 → 测量的是质量分布造成的、安静的引力场的不均匀。
把地球内部完整成像 → 目前还做不到。信息会混在一起，需要和地震波等配合使用。
整理下来就是这样。
7. 宇宙里“说得准的部分”和“还没搞懂的部分”混在一起
宇宙学让人难以接受，大概原因就在这儿。
宇宙科学其实说中了很多。
引力波探测到了。 黑洞的阴影也拍到了。 广义相对论经受住了大量观测的检验。 地球内部也通过地震波等得到了相当有力的推断。
另一方面，没搞懂的东西也大得惊人。
暗物质到底是什么构成的？ 暗能量究竟是什么？ 黑洞内部发生着什么？ 奇点在物理上真的存在吗？ 引力和量子力学要怎么统一？ 宇宙的开端本身该怎么处理？
欧洲航天局（ESA）说明，普通物质只占宇宙的极小一部分，宇宙质量与能量的95%以上由暗物质和暗能量构成。而对于暗物质，它表示仍不清楚它是由什么构成的。
这可不是小事。
也就是说，现代宇宙学的状态是：
相当准。 但不是最终答案。 而且人类对宇宙的大部分仍然一无所知。
所以，觉得“唯独宇宙的解释想不通”，一点也不奇怪。
反倒是，连没解决的部分也被人讲得好像都懂了，会觉得别扭才更自然。
8. 看待科学，靠分类而不是信仰
说什么“信科学还是不信科学”，其实有点粗糙。
重要的是分清楚，眼前说的是哪个层级的事。
| 层级 | 内容 | 例子 |
|---|---|---|
| 直接观测 | 真正探测、拍摄或测量到了 | 探测到引力波、拍到黑洞周围的阴影 |
| 间接观测 | 根据结果做出有力推断 | 地球内部结构、黑洞周围物质的行为 |
| 理论预测 | 按公式预测会这样 | 意面化、中心引力的抵消 |
| 未解决 | 还没搞清楚 | 黑洞内部、暗物质的本质、量子引力 |
心里有这张表，再听别人讲宇宙，就会轻松很多。
“这是直接看到的吗？” “是间接观测吗？” “是理论预测吗？” “还是仍未搞清楚？”
这样分一分就行。
不必什么都怀疑。 也不必什么都相信。
搞清楚的部分就是搞清楚了。 没搞清楚的部分就是没搞清楚。
这样就够了。
9. 结论：宇宙想不通，不是世界出了bug，而是人类的解释还在半路上
宇宙看起来不像是为了某个目的而造出来的装置。
黑洞也不像是为了什么目的才摆在那里，更像是把引力、质量和时空的规则推到极限后产生的现象。
所以去想“它为了什么目的而存在”，大概会把脑子想崩。
宇宙是个靠条件来解释的世界，而不是靠目的来解释的世界。
条件具备，就会形成恒星。 条件具备，恒星就会坍缩。 条件具备，就会变成黑洞。 条件具备，就会发出引力波。 条件具备，就能被观测到。
但这些条件背后的根本规律，我们还没有全部搞明白。
所以，对待宇宙学，我觉得这样的态度最好。
搞清楚的地方，老老实实承认。 没搞清楚的地方，就说没搞清楚。 没观测过的东西，不要说成观测过。 不把理论预测变成信仰。 但观测和计算吻合的部分，也不要随便否定。
我觉得，这是一种相当诚实的与宇宙相处的方式。
宇宙，真搞不懂。
但正因为搞不懂，才有意思。
NASA加油❤
参考资料 / Sources
- NASA Science, “Black Holes”
- NASA Science, “Black Hole Anatomy”
- NASA Science, “What Happens When Something Gets ‘Too Close’ to a Black Hole?”
- NASA JPL, “How Scientists Captured the First Image of a Black Hole”
- LIGO Caltech, “Gravitational Waves Detected 100 Years After Einstein’s Prediction”
- ESA, “The dark Universe”
- USGS, “The Interior of the Earth”
- NASA JPL, “GRACE-FO”
