狹義相對論
關於宇宙大爆炸學說我相信大家都多多少少有聽說過，但是這個理論從何而來我相信很多人並不清楚，這個理論並不是空穴來風，接下來好好說說它的來源。
1905年猶太人阿爾伯特·愛因斯坦在光速不變原理和任何慣性參考系都是等價的兩條原理的基礎上創立了狹義相對論，在無限接近於光速的參考系下會發生許許多多異於我們平常生活中的古怪現象，鐘慢尺縮質增，顧名思義，就是時間變慢，空間變短，物體的質量增大，這三種結果只要用光速不變原理加上勾股定理就可以推導出來。因此，在愛因斯坦的狹義相對論是允許人們時間旅行的，人類可以通過加速到無限接近於光速穿越時空去往未來。比如雙生子悖論(內容太多自行百度)，但是可惜由於牛頓第二定律和光子沒有靜止的質量的限制，人類無法超光速旅行，因此人類無法通過狹義相對論的方式回到過去（廣義相對論可以，接下來會說到）
廣義相對論
發表了狹義相對論之後的愛因斯坦發現不應該僅僅將慣性系特殊化，所有的參考系都應該是平等的，等價的，於是愛因斯坦以所有參考系是平權的和光速不變原來出發，這其中要加上一條原理，叫等效原理，具體就不說了內容太長了，總而言之就是引力場和非慣性系可以等價，將相對論的原理和引力結合，運用黎曼幾何和張量分析的方法幾經失敗終於建立了引力方程，於1915年發表了廣義相對論
我們來看看引力方程長什麼樣子。
（內容比較枯燥可以不看）這個是我手寫的，希望可以看清楚，最左面是愛因斯坦張量，是為了紀念愛因斯坦為廣義相對論做出的貢獻且為了引力方程的美觀性，特此發明了愛因斯坦張量，其實並沒有多大的用處。等式中間最左邊是曲率張量，愛因斯坦的引力方程的核心就是質量扭曲了時空產生了引力，因此曲率張量就是各個分量產生的引力對時空造成的曲率，中間的是曲率標量這是所有分量產生的曲率的不變量，在接下來是度規張量，這個就是引力方程要解出來的，最右邊的是動量能量張量就是質量就可以扭曲時空裡面的質量的抽象含義，理論上只要找出動量能量張量就可以求出引力方程的解，因為動量能量張量直接和曲率張量相關聯的，曲率標量可以用線性代數的辦法求出，這樣就可以找到度規張量了。從而求出引力方程的解。
史瓦西解
愛因斯坦雖然是一個偉大的物理學家，但是歸根結底自己卻不是搞數學的在建立引力方程的時候就邀請了很多數學家比如裡奇之類的數學家來建立，讓人搞笑的事，就是愛因斯坦自己建立了引力方程，卻沒有辦法得到引力方程的精確解，這時出現了一個偉大的數學家，他就是史瓦西，史瓦西運用球對稱度規和引力方程求得了三個偏微分方程，構成了偏微分方程組最後求出了史瓦西解，史瓦西解成功解釋水星今日點進動和引力場下的光線偏折。史瓦西解我就不寫出來了。霍金先生說過數學公式越多越沒人看，史瓦西解包含一個黑洞，這個黑洞就命名為史瓦西黑洞，黑洞是宇宙中最殘暴的天體他可以吞噬一切進入它的物質，包括光（實際上是所有的電磁波，光也是電磁波的一種）在內，因為光速是目前已知的最大速度，史瓦西黑洞的底部是一個奇點，進入奇點時間就會靜止，沒有時間的流動。
黑洞白洞和蟲洞
1953年數學家克爾解出了另外一個解，這個解就叫克爾解，這個解也對應了一個黑洞就是克爾黑洞，黑洞的底部不是一個奇點而是一個奇環，而且克爾黑洞是可以自轉的，因此克爾黑洞可以看成是一個自轉的奇環產生的，白洞是黑洞的時間反演，黑洞是無限可以吸東西的，而白洞恰恰相反是吐東西的，根據光錐座標，穿過克爾黑洞的奇環就可以進入白洞，連接黑洞和白洞的地方便是蟲洞，我們之前在史瓦西解說過，在奇點附近時間是靜止的，同樣的道理，在奇環附近時間也是靜止的，穿越奇環（即穿過了蟲洞）就可以回到過去了。之前在狹義相對論說過人們只可以通過狹義相對論去往未來而沒辦法回到過去，因為狹義相對論不允許超過光速，但是廣義相對論可以通過蟲洞的方式回到過去。
宇宙在膨脹？宇宙大爆炸？
愛因斯坦的引力方程的每個解都表示，宇宙並不是靜止的，而是膨脹的，不由自主讓人們想起，既然宇宙是膨脹的，那它從什麼時候開始膨脹的，宇宙最初的大小是什麼，這就是宇宙大爆炸論，宇宙大爆炸論很簡單認為宇宙就是從無限小的奇點產生的，注意，這個奇點就是史瓦西黑洞的奇點，因此宇宙大爆炸之前是沒有時間的，因為奇點附近時間是不流失的，奇點在量子力學的種種原因下發生了一次大爆炸，大爆炸開始後宇宙開始膨脹，於是產生了時間和空間，直到今天我們的宇宙依然在膨脹，我們高中地理學過一個可觀測宇宙，可觀測宇宙半徑約為460億光年，為什麼460億光年以後不可觀測呢，因為根據哈勃定律，460億光年以後宇宙膨脹的速度已經超過光速了，就連光也傳不過來，因此無法觀測。有一個問題就是我之前說過光速是宇宙的極限為什麼還會超光速，因為宇宙膨脹不傳遞物質能量和信息，因此不違反相對論，目前只發現了兩個超光速現象一個是宇宙膨脹，另一個便是量子力學裡的量子糾纏，同樣不違反相對論。
宇宙的未來
宇宙在不停的膨脹那麼宇宙的未來是什麼，根據大爆炸模型和引力方程發現宇宙有三個可能，第一種可能宇宙將無限膨脹下去，第二種可能宇宙膨脹到一種程度將會靜止，形成靜止的宇宙，第三種可能，宇宙膨脹到一定程度會收縮，收縮成原來的奇點，注意如果要收縮成原來的奇點，宇宙的時間也會倒流，就和看電影一樣，時間倒流，中華人民共和國完了是中華民國，接下來是清朝，明朝。。。。這三個結果出現的概率以最後一種的概率最大，宇宙的空間那麼大我相信地球的生命不是最孤獨的，在遙遠的哪個星系可能有其他生物。
關於宇宙學我個人的思考
宇宙中不知道有多少天體，太陽系有太陽8大行星還有無數顆小行星，銀河系中又不知道有多少個太陽系一樣的星系，整個宇宙又有無數個銀河系那樣的星系，而且宇宙正在不斷的膨脹，還在不停的發展，宇宙是非常巨大的，有無數的恆星，下圖是目前發現的最大的恆星，盾牌座UY
我們被困在宇宙中無法想象宇宙是什麼樣的，也許離開宇宙站在更多的維度就可以看出宇宙的模樣了，我們不妨大膽的假設宇宙是一個生物體，宇宙中各個星球都是宇宙的細胞，星際空間是宇宙的內環境（類似於人體的細胞外液體）太陽系好比是人體組織一樣，太陽就是這個組織的頭目，銀河系就是宇宙的器官，本星系群就是這個生物的系統，當恆星死亡後會變成白矮星或者中子星或者黑洞，那麼黑洞是什麼呢，黑洞類似於人體免疫系統的吞噬細胞，無限的吞噬著一切壞死的細胞，對於宇宙來講這壞死的細胞就是各種天體，宇宙的膨脹意味著個體的長大，就好像人類長大身高會高，體態會寬厚，因此宇宙外可以有和宇宙一樣很多的宇宙，這就是平行宇宙說，這也是我對宇宙的一種看法和認知，總而言之站在更高的維度看到的事情和現在總是不一樣。
理論的統一
理論的統一包括四大作用力的統一以及粒子的統一，四大相互作用力，引力，電磁力，強相互作用和弱相互作用，其中電磁力可以看成是光子的交換，強力可以看成是膠子的交換，弱力可以看做是W及其Z玻色子的交換，然而引力並沒有這種統一，其他三種都可以放在量子場論的框架下（楊振寧米爾斯理論）。（楊振寧很偉大可以和牛頓匹配的，只是我們中國人並不知道而已）然而引力卻沒有放在這種框架下。1915年愛因斯坦已經預言了引力波和引力子的存在，我們第一次捕捉引力子在2016年，整整一百年，也說明了愛因斯坦的思維領先了我們一百年，但是至今沒有發現引力子，一種可能是引力子存在於更高維度，但是廣義相對論把引力解釋成質量的扭曲，因此要統一廣義相對論和量子場論，於是出現了超弦理論。
另一個統一便是基本粒子的統一，很多基本粒子都可以發生反應，比如一個電子和一個正電子碰撞就會變成兩個光子，很多粒子可以衰變（類似化學反應裡的分解反應），重核裂變（原子彈爆炸原理），輕核聚變（氫彈爆炸原理），阿爾法衰變，貝塔衰變，以及各種化學反應，化學反應實質也是粒子間的反應，分子分裂成原子，原子結合成新的分子，化學反應對人類社會的發展起了巨大的作用。夸克組成看質子和中子，質子和中子組成原子核，原子核和電子組成了原子，原子和原子組成分子，分子電離又會成為離子，分子原子離子構成了材料，某些材料在基因的作用下又會形成生命比如我們人類，然後組成了種群群落接著構成生物圈和生態系統，使地球發展著。也許宇宙中最神奇的不是這些而是人的大腦，把這些變成一個個數學公式，收藏起來隨時調用。
總結
近些年很多物理專業的學生和化學專業專業的學生都去研究材料了，因為元素的化學性質由核外電子決定，核外電子的運動遵循量子力學，因為、所以需要用薛定諤方程解波函數求電子的運動利用統計力學分析元素的化學性質。因此凝聚態物理也成為了一門熱門大量學生報考，然而很少人報考理論物理，因為工資待遇不好，實驗難度大，不感興趣的原因，所以做這篇推文加強大家對理論物理的熱愛。還有一個原因可能是我們中國人的通病，就是中國人功利心太強，讀書人以求取功名為主，所以不管是大學入學考試還是碩士研究生入學考試甚至博士研究生入學考試很多人更加看重前途，而沒有把自身的興趣和專業結合起來去學習，這樣對一個人的發展並不好，興趣才是最大的老師，為了功力放棄了興趣，很難做出偉大的成就，只能頂著一定“高學歷”的虛榮帽子，僅此而已。
喜歡的可以關注一下公眾號“星空飄零”
閱讀更多 星空飄零 的文章
