上个月，你可能已经看过这篇博文，向上看！ 探索近处和远方的宇宙. 我们很高兴能邀请到畅销书作家、教授和理论天体物理学家，凯蒂麦克博士，以及观测天体物理学家和教授， JJ博士。 爱马仕，用于我们 2022 年的第一集 Statistically speak。 我们有很多来自观众的好问题，我们无法全部回答。 Mack 博士和 Hermes 博士已经同意在这篇博文中回答其中的一些问题。
我们是否有关于是什么导致宇宙微波背景波动的理论？
麦克博士：宇宙微波背景——来自可观测宇宙最远距离的光，让我们看到了最初 38 万年充满我们宇宙的原始等离子体——几乎是完全均匀的。 明亮的发光等离子体的温度（或密度）波动仅为十万分之一左右。 然而，这些微小的波动至关重要：通过缓慢的引力坍缩，原始等离子体密度中的小点最终成长为今天的整个星系团。
对于这些波动的来源，我们确实有一些理论。 最突出的理论是宇宙膨胀理论：非常早期的宇宙在短时间内极其迅速地膨胀的过程，并通过驱动膨胀的场中的量子涨落，使宇宙中的能量密度发生微小的变化. 当宇宙继续以更宽松的速度增长时，那些微小的密度光点也随之增长。 这个过程似乎与我们对宇宙中这些光点分布的观察结果相符，但物理学界仍然存在关于暴胀或其他过程是否是最好的解释的争论。
为什么热死是最有可能的宇宙末日情景？
麦克博士：我们不确定宇宙将如何结束。 我们能做的最好的事情就是从当前的观察中推断出来，使用我们最好的理论或模型将我们现在拥有的数据与我们期望的一个看起来像我们今天的宇宙在未来将如何发展联系起来。 我们从对遥远星系的观察中得知宇宙正在膨胀。 长期以来，天文学家一直在试图确定这种膨胀是否会永远持续下去，或者有朝一日会发生逆转并导致宇宙再次收缩。 我们还不能肯定，但我们可以说的是，扩张正在加速，而且已经持续了数十亿年，这表明不太可能出现转机。 无论是什么导致膨胀加速（我们称之为“暗能量”）似乎都是目前宇宙中最重要的组成部分，推动着它的未来演化。 我们的宇宙模型告诉我们，只要膨胀加速，宇宙最终会变得非常寒冷和空虚，物质和辐射变得越来越分散。 像这样的宇宙不可避免地向热死演化，其中宇宙中剩下的只是所有已发生的天体物理过程的“废热”，并且在任何物理系统中发生的缓慢衰变中，将自己烧毁并衰变离开。
关于宇宙终结后会发生什么的任何想法？ 另一个宇宙会开始还是故事的结局？
麦克博士：当我谈到宇宙的“终结”时，我的意思是一个过程，在这个过程中，可观察宇宙中的每个物体或结构都以某种方式被摧毁。 像热死这样的东西将通过数万亿年的缓慢衰变来实现这一目标。像真空衰变这样的过程会更加突然和剧烈。 在任何情况下，都有可能包括在最终破坏过程发生之后发生的某些事情，尽管也有可能没有。 并非宇宙中所有事物的每一个终结都最终终结了时空本身。 有几种可能性（其中一些我在我的书中讨论过）在我们的宇宙毁灭之后发生新的大爆炸。 如果我们对暗能量的认识是错误的，而它在未来可能会显着改变其性质，那么它可能会导致宇宙大坍缩，宇宙将自行坍塌。 这不一定会导致新的大爆炸，但有一些特殊的模型可以让坍缩的宇宙“反弹”回来。 （与最初的 Big Crunch 想法相比，它们是更具推测性的模型。）还有人认为，热死后可能会发生新的大爆炸。 甚至除此之外，还有多元宇宙模型，其中存在远离我们自己可观测宇宙边缘的空间区域，其中宇宙演化可能以完全不同的方式发生，大爆炸和宇宙终结在不同的时间线上。
许多物理学家正在研究这些想法，经常研究我们自己宇宙的起源，以寻找我们的宇宙可能是在上一个周期结束之后出现的线索。 不过，我们还没有一个明确的答案。
标准模型中的什么粒子与重力有关？
麦克博士：粒子物理标准模型不包括与重力相关的粒子，这也是我们知道它不完整的部分原因！ 我们对引力的最佳理解来自爱因斯坦的广义相对论。 该理论表明，重力与其他力不同，它是一种“力”，实际上是空间本身曲率的结果。 这是一个美丽的理论，但它并不容易融入我们与其他自然力的框架，如电磁力和标准模型的核力。 这些都是基于量子力学（或更准确地说是量子场论），并且涉及称为规范玻色子的粒子，它们充当基本力的载力体。 将引力和量子力学结合在一起的探索一直是过去一百年来理论物理学中最重要的项目之一。 弦理论是联合引力和量子力学的终极理论奖的主要竞争者之一，但它既没有被完全接受，也没有经过实验验证（可能永远不会）。 在任何情况下，量子引力理论通常都包含一种假设的携带引力的粒子，称为引力子。 引力子尚未被发现，但我们确实有一些观察可以告诉我们一些关于它的信息，如果它确实存在的话。 例如，我们知道，如果引力子存在，它们一定是无质量的，因为引力的影响以光速传播，因此任何承载引力的东西也必须如此，而且只有无质量的粒子才能做到这一点。 但是，这种假设的引力子究竟如何适应比标准模型更大、更完整的理论仍有待确定。
如果我站在离我们很远的一颗恒星上，宇宙会看起来一样，还是看起来边缘从一侧离我们更近？
麦克博士：据我们所知，宇宙没有边缘。 我们在宇宙中能看到多远是有限度的，这取决于宇宙存在多长时间。 从本质上讲，如果那里有那么远的东西，以至于来自这些东西的光需要比宇宙年龄（138亿年）更长的时间才能到达我们，那么它就超出了我们可观测宇宙的边缘。 所以我们生活在一个更大的空间中的一种气泡中，这个气泡是由我们无法看到的距离所定义的，即使在原则上也是如此。 我们没有看到任何真实的、物理的边缘或不同地方的空间发生巨大变化的证据——这只是一个视角问题，就像你站在地球上时的地平线一样。 无论你现在站在哪里，地平线都会在你周围形成一个圆圈，你无法看到它。 那个圆圈取决于你所处的位置，并且由地球的曲率决定，但如果你走了几英里远，地平线会描绘出一个不同的圆圈。 在宇宙中也是一样的想法。 距离我们 100 亿光年的星系离任何边缘都不近。 它有自己的可观测宇宙泡，以自身为中心，它可以看到我们看不到的部分宇宙。 据我们所知，粗略地说，宇宙在我们所看到的任何地方都几乎相同。 因此，从那个遥远的星系可能有人会在他们周围看到的东西（就星系的分布、宇宙中物质的一般结构等而言）看起来很像我们从这里看到的东西。
当某物经过一颗恒星前面时，你如何确定它是在前面的一个微小的东西，还是一个离恒星超级近的巨大的东西？
赫尔墨斯博士：由于恒星距离很远，我们几乎永远无法真正解析它们的表面，因此所有恒星都覆盖了我们探测器上的同一区域！ 所以不管一颗行星是在恒星前面经过还是离恒星很近或很远，这颗行星的面积总是会阻挡与主星相同的面积，并导致行星的凌日深度相同. 这使事情变得容易一些。
但是你的问题涉及到我们确实有一个复杂的问题：我们怎么知道它是一颗小行星在一颗小恒星前面过境，还是一颗大行星在一颗大恒星上投下阴影？ 这在天文学中几乎总是一个问题：是小而近还是大而远？ 除非我们能确定主星的大小（半径），否则我们无法分辨是小东西在小星星前面经过还是大东西在大星星前面经过！ 幸运的是，我们有相当可靠的方法来确定恒星的半径，或者通过确定它的距离并使用它来估计与观测到的亮度相匹配所需的半径，或者在某些特殊情况下使用星震来改进我们对宿主恒星半径的估计。 我们通常可以测量一颗恒星的半径，从而测量它的系外行星，不确定性只有百分之几。
有相当多的热木星。 他们在红巨星阶段的命运将如何？
赫尔墨斯博士：热木星是最早发现的行星之一，因为它们是巨大的行星，它们的轨道非常靠近主恒星，比我们太阳系中的水星更近很多倍。 几乎可以肯定，我们目前所知的热木星都不会在它们的主星演化成巨星时存活下来。 事实上，有几位研究人员试图在巨星周围寻找巨行星，上个月他们宣布了一批注定很快就会被主星吞没的行星：
https://keckobservatory.org/doomed-planets .
