大家对于28克这个重量有没有概念?在我们常见的物品中,一个鸡蛋重60克,一个苹果重100克,一瓶矿泉水重500克。而28克大约是一小条巧克力或者几颗糖果的重量。
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(普通鸡蛋重量基本为60-70克)
而今天,有科学家认为,宇宙的重量,就等于这小小的几块糖果,共28克。
可是,我们身边的一切都是如此庞大和广阔,浩瀚无垠的宇宙怎么可能只有区区28克的重量呢?
即使只计算我们所生活的地球,质量就有约5.972×10^24千克。这个数字非常庞大,需要用到科学计数法来表示,更直观地说,地球的质量有大约60万亿亿吨。
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即使在太阳系中,地球也是一个重量级选手,其质量仅次于木星和土星,远远超过其他行星。
好像这才符合我们的常识。地球的结构主要由其内外核心、地幔和地壳组成,其中大部分含量是铁和镍,以及其他元素和化合物。地球的质量对于维持其引力场也至关重要,这也是地球能够保持其大气层和维持生命的一个关键因素。
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(地球内部结构图)
那为什么提出这个观点的美国物理学家和宇宙学家:爱德华·特赖恩(Edward Tryon)会认为宇宙的总质量只有28克呢?而且他居然还能通过逻辑论证推理证明这一看似离谱的结果。
爱德华的论证可以简单分为三个部分:
- 宇宙中的任何物质在零作用力的状态下,总重量都是28克,包括宇宙奇点。
- 根据能量守恒定律,所以现在的宇宙跟宇宙大爆炸前的奇点一样重。
- 所有天体之间都存在引力作用,在引力作用下,天体与天体之间互相产生的能量加在一起和为“零”。
爱德华·特赖恩的这一假说,被称为“宇宙净物质理论”。虽然目前这一说法并不是一个被广泛接受的科学理论,但仍然可以探讨与之相关的宇宙总质量和能量守恒问题。
这套理论的一大前提就是认为宇宙诞生于宇宙大爆炸。宇宙大爆炸是目前最为人们广泛接受的关于宇宙起源的理论。它认为我们的宇宙在大约138亿年前处在一个极热、极密的状态中,经历了快速膨胀而产生了整个宇宙。
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宇宙大爆炸或许可以被想象为一场壮丽的宇宙级烟火,一个微小的“奇点”在一瞬间点亮了无尽的黑暗,暴胀出惊人的能量和光芒。随着粒子不断的湮灭和新生,宇宙开始闪烁……
另一大前提便是能量守恒定律,这一大定律目前被学界认为物理学中的一个基本原理:在一个封闭系统中,能量既不能被创造也不能被销毁,只能从一种形式转换为另一种形式,但总量保持不变。
这就像一支燃烧的蜡烛,火柴点燃了蜡烛使其在空气中不断燃烧,化学能转化为热能和光能。虽然能量形式改变,但根据能量守恒定律,空气与火焰反应的能量永远等于燃烧释放的能量。
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有了这两大前提,我们便可以得知:这个宇宙在诞生之初的重量和现在的重量是完全相等的。因为不断膨胀的奇点只能够不断改变自身的存在形式,却没有办法创造出新的物质。
但是即使如此,又怎么解释我们身边有的物质轻如鸿毛,有的存在却重如泰山呢?如果一切宇宙中的存在都只有28克,那人们不是被风一吹就跑了?
对于这种反常识的认知,爱德华也做出了一种非常特殊的解释:尽管宇宙中存在无数的物质,但根据力学定律,物质之间互相的作用力可以抵消,而这些作用力在经过不同方向和大小的加减后,最终都在宏观层面达到零作用力的状态。
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经过精密的测算,爱德华考虑将宇宙各天体互相之间的引力作用抵消,得出剩余的宇宙物质质量总和极其微小,正好就是28克。又考虑到物质守恒定律,整个宇宙无论是最初还是现在,质量都只有可能是28克。
所以如果这套理论成立,难道只要有外力与你相互作用,你的质量就被抵消了?
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不得不说,这一略显荒谬观点在目前并不是一个被科学界接受的理论,更像是一个有趣的思想实验或哲学思考。作用力的相互抵消并不影响物体的质量。
力和质量其实是密切相关但又截然不同的两种概念。质量是物体的固有属性,而力是作用在物体上的外部作用。两者虽然可以通过牛顿第二定律(力=质量*加速度)联系起来,但是目前并没有可靠研究表明两者可以互相抵消。
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(牛顿第二定律基本公式)
质量仅代表力相互作用的结果吗?质量和能量的转换是否真的如此随意?宇宙中的辐射、暗物质、暗能量有没有可能有其他种类的能量存在?宇宙的起源真的是宇宙大爆炸吗?以上种种问题都还有待实验和观测来验证,宇宙的奥秘还远远没有解开。
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虽然“宇宙净物质理论”只是个猜想,还不是一个经过严格科学验证的理论,但是人类对于宇宙的探索永不会止步。也许有一天,我们真的可以知道我们所处的这片星空来自哪里?重量几何?
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