上個月，你可能已經看過這篇博文，向上看！ 探索近處和遠方的宇宙. 我們很高興能邀請到暢銷書作家、教授和理論天體物理學家，凱蒂麥克博士，以及觀測天體物理學家和教授， JJ博士。 愛馬仕，用於我們 2022 年的第一集 Statistically speak。 我們有很多來自觀眾的好問題，我們無法全部回答。 Mack 博士和 Hermes 博士已經同意在這篇博文中回答其中的一些問題。
我們是否有關於是什麼導致宇宙微波背景波動的理論？
麥克博士：宇宙微波背景——來自可觀測宇宙最遠距離的光，讓我們看到了最初 38 萬年充滿我們宇宙的原始等離子體——幾乎是完全均勻的。 明亮的發光等離子體的溫度（或密度）波動僅為十萬分之一左右。 然而，這些微小的波動至關重要：通過緩慢的引力坍縮，原始等離子體密度中的小點最終成長為今天的整個星系團。
對於這些波動的來源，我們確實有一些理論。 最突出的理論是宇宙膨脹理論：非常早期的宇宙在短時間內極其迅速地膨脹的過程，並通過驅動膨脹的場中的量子漲落，使宇宙中的能量密度發生微小的變化. 當宇宙繼續以更寬鬆的速度增長時，那些微小的密度光點也隨之增長。 這個過程似乎與我們對宇宙中這些光點分佈的觀察結果相符，但物理學界仍然存在關於暴脹或其他過程是否是最好的解釋的爭論。
為什麼熱死是最有可能的宇宙末日情景？
麥克博士：我們不確定宇宙將如何結束。 我們能做的最好的事情就是從當前的觀察中推斷出來，使用我們最好的理論或模型將我們現在擁有的數據與我們期望的一個看起來像我們今天的宇宙在未來將如何發展聯繫起來。 我們從對遙遠星系的觀察中得知宇宙正在膨脹。 長期以來，天文學家一直在試圖確定這種膨脹是否會永遠持續下去，或者有朝一日會發生逆轉並導致宇宙再次收縮。 我們還不能肯定，但我們可以說的是，擴張正在加速，而且已經持續了數十億年，這表明不太可能出現轉機。 無論是什麼導致膨脹加速（我們稱之為“暗能量”）似乎都是目前宇宙中最重要的組成部分，推動著它的未來演化。 我們的宇宙模型告訴我們，只要膨脹加速，宇宙最終會變得非常寒冷和空虛，物質和輻射變得越來越分散。 像這樣的宇宙不可避免地向熱死演化，其中宇宙中剩下的只是所有已發生的天體物理過程的“廢熱”，並且在任何物理系統中發生的緩慢衰變中，將自己燒毀並衰變離開。
關於宇宙終結後會發生什麼的任何想法？ 另一個宇宙會開始還是故事的結局？
麥克博士：當我談到宇宙的“終結”時，我的意思是一個過程，在這個過程中，可觀察宇宙中的每個物體或結構都以某種方式被摧毀。 像熱死這樣的東西將通過數万億年的緩慢衰變來實現這一目標。像真空衰變這樣的過程會更加突然和劇烈。 在任何情況下，都有可能包括在最終破壞過程發生之後發生的某些事情，儘管也有可能沒有。 並非宇宙中所有事物的每一個終結都最終終結了時空本身。 有幾種可能性（其中一些我在我的書中討論過）在我們的宇宙毀滅之後發生新的大爆炸。 如果我們對暗能量的認識是錯誤的，而它在未來可能會顯著改變其性質，那麼它可能會導致宇宙大坍縮，宇宙將自行坍塌。 這不一定會導致新的大爆炸，但有一些特殊的模型可以讓坍縮的宇宙“反彈”回來。 （與最初的 Big Crunch 想法相比，它們是更具推測性的模型。）還有人認為，熱死後可能會發生新的大爆炸。 甚至除此之外，還有多元宇宙模型，其中存在遠離我們自己可觀測宇宙邊緣的空間區域，其中宇宙演化可能以完全不同的方式發生，大爆炸和宇宙終結在不同的時間線上。
許多物理學家正在研究這些想法，經常研究我們自己宇宙的起源，以尋找我們的宇宙可能是在上一個週期結束之後出現的線索。 不過，我們還沒有一個明確的答案。
標準模型中的什麼粒子與重力有關？
麥克博士：粒子物理標準模型不包括與重力相關的粒子，這也是我們知道它不完整的部分原因！ 我們對引力的最佳理解來自愛因斯坦的廣義相對論。 該理論表明，重力與其他力不同，它是一種“力”，實際上是空間本身曲率的結果。 這是一個美麗的理論，但它並不容易融入我們與其他自然力的框架，如電磁力和標準模型的核力。 這些都是基於量子力學（或更準確地說是量子場論），並且涉及稱為規範玻色子的粒子，它們充當基本力的載力體。 將引力和量子力學結合在一起的探索一直是過去一百年來理論物理學中最重要的項目之一。 弦理論是聯合引力和量子力學的終極理論獎的主要競爭者之一，但它既沒有被完全接受，也沒有經過實驗驗證（可能永遠不會）。 在任何情況下，量子引力理論通常都包含一種假設的攜帶引力的粒子，稱為引力子。 引力子尚未被發現，但我們確實有一些觀察可以告訴我們一些關於它的信息，如果它確實存在的話。 例如，我們知道，如果引力子存在，它們一定是無質量的，因為引力的影響以光速傳播，因此任何承載引力的東西也必須如此，而且只有無質量的粒子才能做到這一點。 但是，這種假設的引力子究竟如何適應比標準模型更大、更完整的理論仍有待確定。
如果我站在離我們很遠的一顆恆星上，宇宙會看起來一樣，還是看起來邊緣從一側離我們更近？
麥克博士：據我們所知，宇宙沒有邊緣。 我們在宇宙中能看到多遠是有限度的，這取決於宇宙存在多長時間。 從本質上講，如果那裡有那麼遠的東西，以至於來自這些東西的光需要比宇宙年齡（138億年）更長的時間才能到達我們，那麼它就超出了我們可觀測宇宙的邊緣。 所以我們生活在一個更大的空間中的一種氣泡中，這個氣泡是由我們無法看到的距離所定義的，即使在原則上也是如此。 我們沒有看到任何真實的、物理的邊緣或不同地方的空間發生巨大變化的證據——這只是一個視角問題，就像你站在地球上時的地平線一樣。 無論你現在站在哪裡，地平線都會在你周圍形成一個圓圈，你無法看到它。 那個圓圈取決於你所處的位置，並且由地球的曲率決定，但如果你走了幾英里遠，地平線會描繪出一個不同的圓圈。 在宇宙中也是一樣的想法。 距離我們 100 億光年的星系離任何邊緣都不近。 它有自己的可觀測宇宙泡，以自身為中心，它可以看到我們看不到的部分宇宙。 據我們所知，粗略地說，宇宙在我們所看到的任何地方都幾乎相同。 因此，從那個遙遠的星係可能有人會在他們周圍看到的東西（就星系的分佈、宇宙中物質的一般結構等而言）看起來很像我們從這裡看到的東西。
當某物經過一顆恆星前面時，你如何確定它是在前面的一個微小的東西，還是一個離恆星超級近的巨大的東西？
赫爾墨斯博士：由於恆星距離很遠，我們幾乎永遠無法真正解析它們的表面，因此所有恆星都覆蓋了我們探測器上的同一區域！ 所以不管一顆行星是在恆星前面經過還是離恆星很近或很遠，這顆行星的面積總是會阻擋與主星相同的面積，並導致行星的凌日深度相同. 這使事情變得容易一些。
但是你的問題涉及到我們確實有一個複雜的問題：我們怎麼知道它是一顆小行星在一顆小恆星前面過境，還是一顆大行星在一顆大恒星上投下陰影？ 這在天文學中幾乎總是一個問題：是小而近還是大而遠？ 除非我們能確定主星的大小（半徑），否則我們無法分辨是小東西在小星星前面經過還是大東西在大星星前面經過！ 幸運的是，我們有相當可靠的方法來確定恆星的半徑，或者通過確定它的距離並使用它來估計與觀測到的亮度相匹配所需的半徑，或者在某些特殊情況下使用星震來改進我們對宿主恆星半徑的估計。 我們通常可以測量一顆恆星的半徑，從而測量它的系外行星，不確定性只有百分之幾。
有相當多的熱木星。 他們在紅巨星階段的命運將如何？
赫爾墨斯博士：熱木星是最早發現的行星之一，因為它們是巨大的行星，它們的軌道非常靠近主恆星，比我們太陽系中的水星更近很多倍。 幾乎可以肯定，我們目前所知的熱木星都不會在它們的主星演化成巨星時存活下來。 事實上，有幾位研究人員試圖在巨星周圍尋找巨行星，上個月他們宣布了一批註定很快就會被主星吞沒的行星：
https://keckobservatory.org/doomed-planets .
