
“不管有莫得我,地球依旧在旋转,一切皆在络续。”菲尔·安塞尔莫的这句感触,说念出了六合通顺的客不雅性与不朽性。从咱们赖以生活的地球绕日公转,到月球围绕地球运行,再到微不雅宇宙中电子绕核通顺,“一个物体围绕另一个物体旋转”似乎是六合间最普遍的通顺法规。

这种旋转聚集了从微不雅粒子到宏不雅星系的每一个模范:电子绕原子核高速运转,卫星绕行星周期性轨说念运行,行星循着固定轨迹绕恒星公转,恒星则带着统共这个词行星系统围绕星系中心旋转。但是,当咱们把视角推向更广博的模范,疑问也随之而来:星系自身在绕着什么旋转?倘若多元六合确凿存在,咱们的六合是否也在围绕某个未知天体或中心旋转?要解答这些问题,咱们需要从六合的发祥脱手,一步步拆解旋转背后的物理密码。
在六合降生之初,即在充满物资、辐照、中微子、暗物资等粒子之前,六合曾履历过一段极其顷刻却剧烈的指数推广阶段——六合暴涨技巧。这一阶段的六合,时空自身蕴含着巨大的真空能量,这种能量是那时六合中惟一的能量体式。

恰是六合暴涨的发生,为后续的大爆炸奠定了基础:它不仅创造了大爆炸初期六合酷热、闹热、充满物资与辐照的运奇迹态,更塑造了六合的基本时空结构。在暴涨阶段,六合的推广速率远超光速,这种极快的推广使得空间中产生的量子涨落无法互相作用——即便粒子以光速传播,也难以追上空间推广的步履,无法酿成有用的互相作用。
同期,暴涨历程具有高度的对称性,在统共方进取皆呈现出一致性,不存在职何迥殊的“首选轴”,即莫得一个处所是六合推广或能量散布的优先处所。
当暴涨阶段扫尾后,时空固有的真空能量脱手衰变,转化为普遍的物资、反物资与辐照,组成了大爆炸阶段的中枢物资基础。不外,并非统共真空能量皆完全衰变,有一小部分被“锁定”在空间之中,成为了咱们如今不雅测到的暗能量——恰是这种暗能量,驱动着刻下六合的加速推广。而暴涨阶段产生的量子涨落,在指数推广的放大作用下,酿成了六合中物资密度不均匀的区域:部分区域密度略高,部分区域密度略低,这种微弱的密度各别,为后续天体的酿成与旋转埋下了关键伏笔。

大爆炸的发生,催生了粒子标准模子中的统共已知粒子,大致还包括一些尚未被东说念主类探伤到的未知粒子。而从降生的那一刻起,统共基本粒子皆领有了一种与生俱来、无法与自因素离的特点——自旋。自旋本色上是粒子的固有角动量,不同于宏不雅物体的旋转通顺,它是量子力学层面的基本属性,无法用经典物理中的“旋转”看法完全解释。
不同类型的粒子,自旋数值也各不交流:电子、夸克、中微子等费米子,自旋均为±½;胶子、光子等表率玻色子,自旋为±1;若引力能够按照表面预期被量子化,那么传递引力的引力子,自旋将为±2;在统共基本粒子中,只消希格斯玻色子的自旋为0,是惟一不具备固有角动量的基本粒子。

需要明确的是,粒子与生俱来的是“固有自旋角动量”,而非“互相之间的轨说念角动量”。在六合降生初期,粒子刚被创造出来时,由于空间推广过快,粒子之间险些莫得契机发生互相作用,因此不存在“一个粒子绕着另一个粒子旋转”的通顺体式。但这些粒子并非静止,它们天生佩戴内在的动能,再加上六合中存在微弱的密度各别,为后续旋转通顺的酿成提供了运行要求。
跟着六合的推广与冷却,粒子之间的互相作用徐徐成为可能。当粒子发生碰撞,同期引力脱手发扬作用时,六合中发轫的密度各别被不休放大:密渡过高的区域,会在引力的眩惑作用下,聚集越来越多的物资与能量;而密度较低的区域,则会因物资与能量的流失变得愈加稀薄,最终酿成六合中物资散布的“离合形势”。这种引力驱动的物资蚁合,是天体酿成的基础,亦然旋转通安产生的中枢能源开头。
{jz:field.toptypename/}当六合温度合手续下落,微不雅宇宙的结构也随之演化:夸克在强互相作使劲的作用下凝合成原子核,原子核自身吸收了夸克的固有角动量,同期除名原子核物理与粒子物理的基本法规,酿成了自身的角动量特点。
当六合温度冷却到足以酿成中性原子时,原子的结构并非玻尔模子中“电子绕核作念行星轨说念通顺”的经典图景,而是电子占据特定的量子态——这些量子态不仅具有固有自旋角动量,还存在轨说念角动量,两种角动量共同决定了电子的通顺景况。此时,六合中密度高下区域之间的引力各别,已较降生初期放大了数个数目级,引力的主导作用愈发彰着。

在六合年青技巧,那些尚未在引力作用下坍缩成星系的气体云,相互之间会发生相对通顺,同期互相施加引力影响。而在绝大多数情况下,这些气体云并不具备“好意思满球形”的款式,通顺轨迹也并非实足的直线,这种非理念念景况下,买球投注app两个气体云之间会产生一种迥殊的引力效应——潮汐力矩。
潮汐力矩的本色,是不同位置的物资受到的引力存在各别,进而产生的扭矩作用,就像咱们用扳手拧螺母时,进取或向下施加的力会转化为使螺母旋转的扭矩一样。
潮汐力矩具有普遍性,在六合的不同模范上皆发扬撰述用:从巨大的气体云之间,到单个原子里面的粒子互相作用,皆能不雅测到潮汐力矩的影响。由于六合中粒子的运行通顺处所具有随即性,潮汐力矩产生的角动量处所也呈现出对称性——约50%为顺时针,50%为逆时针。这些微弱的角动量,在引力坍缩的历程中被不休累积,使得正本直快通顺的气体云徐徐脱手旋转,且旋转速率跟着坍缩历程不休加速。这一风物的背后,是物理学中伏击的守恒定律——角动量守恒定律。
角动量守恒定律与能量守恒定律一样,是六合间的基本法规:角动量既不可被创造,也不可被烧毁,只可在系统里面传递或转化。咱们在平常生活中就能不雅察到角动量守恒的效应:旋转的名堂溜冰通顺员,当他们将手臂和双腿向身体迫临时,身体的惯性矩(掂量物体动弹惯性的物理量)会减小,为了保合手角动量守恒,旋转角速率就会相应加多,从而收场转速的进步。

这种效应在六合天体的演化中不异显赫:咱们的太阳刻下自转周期约为27天,若将其坍缩成一颗与地球体积十分的白矮星,其惯性矩会急剧减小,自转角速率将大幅进步,最终自转周期会镌汰至每36分钟傍边。不论是A级恒星的高速自转,如故白矮星的极速旋转,本色上皆是角动量守恒定律在天体演化中的具体体现。
事实上,六合中统共已知的天体系统——从恒星系统、行星与卫星的组合,到重大的星系——皆不是静止的密度集合体,它们的旋转通顺,无意讲授了这些系统皆曾履历过潮汐力矩的作用,况且相干于六合中的其他物体,领有非零的角动量。不错说,潮汐力矩为天体旋转提供了运行的“能源”,而角动量守恒定律则让这种旋转得以保管和强化,最终酿成了咱们不雅测到的六合旋转图景。
回到发轫的问题:星系究竟在绕着什么旋转?好多东说念主会下意志地合计,星系中心的超大质料黑洞是驱动星系旋转的中枢,但事实并非如斯。天然绝大多数星系的中心皆存在超大质料黑洞,且黑洞的引力对星系中枢区域的恒星通顺有显赫影响,但它并不是星系旋转的根柢原因。即便莫得中心黑洞,星系依然会保合手旋转,恒星也会络续围绕星系中心运行——天文体家一经不雅测到许多莫得中心超大质料黑洞的螺旋星系,这些星系的旋转景况与有黑洞的星系并无本色分辩,依旧能够褂讪运行。

星系旋转的根柢驱能源,恰是咱们前文提到的万有引力、潮汐力矩与角动量守恒定律。在星系酿成初期,巨大的气体云在引力作用下坍缩,潮汐力矩赋予了气体云运行角动量,角动量守恒则让气体云在坍缩历程中不休加速旋转,最终酿成了具有旋转结构的星系。星系中的恒星,在引力的敛迹下围绕星系中心作念轨说念通顺,这种通顺的本色,是恒星的惯性与星系中心区域(包括恒星、气体、暗物资等)的引力互相均衡的效用,而非由中心黑洞单独驱动。
在更大的模范上,即星系团中,星系之间也会围绕星系团的中心作念旋转通顺。与单个星系访佛,星系团的中心并不需要存在某个超大质料天体来“牵引”统共星系,而是依靠星系团内统共天体(包括可见物资与暗物资)的总引力,褪色潮汐力矩产生的角动量与角动量守恒,保管统共这个词星系团的旋转均衡。暗物资在其中上演着伏击变装:它天然无法被径直不雅测,但领有巨大的质料,能够提供弥散的引力,敛迹星系团内的星系,确保它们在旋转历程中不会脱离星系团。
要是咱们将视角进步到统共这个词六合的模范,一个更广博的问题随之骄横:咱们的六合动作一个合座,是否也在围绕某个未知的中心旋转?现在,物理学界与天文体界的主流不雅点合计,六合合座并不存在旋转通顺。这一论断的中枢依据,与引力的传播速率和六合的推广速率密切关联。

左证现存表面,引力的传播速率就是光速,而咱们所处的六合正在加速推广,且推广速率一经高出了光速。这意味着,在可不雅测六合以外的区域,任何天体产生的引力皆无法传递到咱们的可不雅测六合中——因为引力的传播速率跟不上六合推广的速率,无法跳跃远方的时空距离产生影响。而旋转通顺的酿成,需要引力在弥散大的模范上发扬作用,酿成潮汐力矩并累积角动量。由于引力无法在比可不雅测六合更大的模范上互相作用,六合合座也就失去了酿成旋转通顺的必要要求。
此外,若多元六合确凿存在,不同六合之间也不存在职何信推辞互与物理研究。每个六合皆有我方寂寞的时空结构与物理法规,引力无法在六合之间传递,因此咱们的六合也不可能围绕其他六合或某个“六合中心”旋转。从表面层面来看,六合合座大致存在微弱的固有角动量——这种角动量并非由引力作用产生,而是源于六合降生之初的暴涨阶段或大爆炸一会儿,是六合与生俱来的特点。但阻隔现在,这种固有角动量尚未被不雅测确认,若改日能够确认其存在,将成为六合发祥接头中的又一要紧谜团,需要全新的物理表面来解释。
热点资讯