如何给初中学历找什么工作的人解释"薛定谔的猫

&img data-rawwidth=&350& data-rawheight=&200& src=&/v2-dcb8cecd3fd387ec4c114c47f43a167a_b.jpg& class=&content_image& width=&350&&1990年旅行者一号飞过海王星轨道,距离地球六十四亿公里的时候,它把相机转向地球,拍下最后一张照片,“最后看一眼家园”。&br&&br&&br&人类史上的每一位圣人和罪人
&br&都生活在这里 &br&如一粒微尘 &br&悬浮在一束阳光之中&br&地球是在浩瀚的宇宙背景之下
&br&一个很小的舞台
1990年旅行者一号飞过海王星轨道,距离地球六十四亿公里的时候,它把相机转向地球,拍下最后一张照片,“最后看一眼家园”。 人类史上的每一位圣人和罪人 都生活在这里 如一粒微尘 悬浮在一束阳光之中 地球是在浩瀚的宇宙背景之下 一个很小的舞台
&p&评论里一堆人跟我说看到过图1、2、3的星空,我觉得我有必要简单的说一下。&/p&&p&银河中很多波段的光线,人眼是无法接收到的(比如红外)。&/p&&p&即使用单反拍摄的星空,颜色也是非常非常淡的,只有用红外改机或者普通单反用赤道仪长时间跟踪曝光才能将银河中的色彩还原出来(当然还要配合大量的后期才能调出图3银河中的颜色)。&/p&&p&我上几张图,&/p&&p&这两张图是同一时间、同一地点拍摄的,只不过一张是用红外改机拍摄的另一张是用的普通单反拍摄的,大家可以自行对比一下。&/p&&img src=&/043ba08cd42ccd14ab9af8_b.png& data-rawwidth=&1525& data-rawheight=&1012& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1525& data-original=&/043ba08cd42ccd14ab9af8_r.png&&&p&这张是D810拍的,看到右下角的猎户座大星云了吗?即使是目前的旗舰全幅,依然拍不出银河的色彩。&/p&&p&我们再来看看天文改机拍出来的效果。&/p&&img src=&/81dd82f9d6ae71d4d8bcca7_b.png& data-rawwidth=&634& data-rawheight=&858& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&634& data-original=&/81dd82f9d6ae71d4d8bcca7_r.png&&&p&是不是觉得颜色丰富了很多?&/p&&p&图三的银河,我后期调色了很久。原图的色彩是这样的。&/p&&p&能用肉眼看到这种色彩的,我也是服。&/p&&p&所以我们尊重下事实,不要强行答题好不好?&/p&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-26ef912cf45ebf84cab4_b.jpg& data-rawwidth=&1961& data-rawheight=&1306& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1961& data-original=&/v2-26ef912cf45ebf84cab4_r.jpg&&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&——————————————原答案——————————————&/p&&p&如果你指的是这种壮丽的星空,那抱歉的告诉你,用肉眼是看不到的。&/p&&img src=&/52c3c84b5b498fd5a6f1_b.png& data-rawwidth=&1728& data-rawheight=&506& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1728& data-original=&/52c3c84b5b498fd5a6f1_r.png&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-d3e326aa319f6edc5682e2bcd9f519b6_b.png& data-rawwidth=&2548& data-rawheight=&795& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&2548& data-original=&/v2-d3e326aa319f6edc5682e2bcd9f519b6_r.png&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-9a7d93f3fc26bb08c9d78164c6cabc92_b.jpg& data-rawwidth=&1950& data-rawheight=&517& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1950& data-original=&/v2-9a7d93f3fc26bb08c9d78164c6cabc92_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-5cbc772ba2dcbc8dad65e1bc3b666bd8_b.png& data-rawwidth=&1774& data-rawheight=&1178& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1774& data-original=&/v2-5cbc772ba2dcbc8dad65e1bc3b666bd8_r.png&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-b6f76ac16a601f32dc8700_b.jpg& data-rawwidth=&986& data-rawheight=&777& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&986& data-original=&/v2-b6f76ac16a601f32dc8700_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-0e7eef66448_b.jpg& data-rawwidth=&884& data-rawheight=&773& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&884& data-original=&/v2-0e7eef66448_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-abcf9cc25e2f4b6d79aace_b.png& data-rawwidth=&1423& data-rawheight=&1315& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1423& data-original=&/v2-abcf9cc25e2f4b6d79aace_r.png&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-0a3c983f13_b.jpg& data-rawwidth=&1240& data-rawheight=&1205& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1240& data-original=&/v2-0a3c983f13_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-e5a3a189dddb1441edac813_b.jpg& data-rawwidth=&1532& data-rawheight=&1014& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1532& data-original=&/v2-e5a3a189dddb1441edac813_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-d7723afb95_b.jpg& data-rawwidth=&578& data-rawheight=&1188& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&578& data-original=&/v2-d7723afb95_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-b4f57bfb2da7fe23e4da_b.jpg& data-rawwidth=&968& data-rawheight=&1188& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&968& data-original=&/v2-b4f57bfb2da7fe23e4da_r.jpg&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-09ffdac23d4a_b.png& data-rawwidth=&2543& data-rawheight=&1041& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&2543& data-original=&/v2-09ffdac23d4a_r.png&&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-79e1aeb995e38855ed2e_b.png& data-rawwidth=&2036& data-rawheight=&796& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&2036& data-original=&/v2-79e1aeb995e38855ed2e_r.png&&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&1、肉眼看到的银河很淡。&br&我经常组织一些星空摄影团去一些零光污染的地方拍摄星空。&br&但即使零光污染的环境下,还是有很多人找不到银河在哪儿,需要我用指星笔指给他们看。&/p&&img src=&/f83a6d82ec3e39af45323c_b.png& data-rawwidth=&1618& data-rawheight=&1075& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1618& data-original=&/f83a6d82ec3e39af45323c_r.png&&&p&你用肉眼看到的银河,很有可能是这个样子的。&br&当然还原的不是很准确,当你的眼睛适应黑暗后,银河还是比较明显的(但肉眼看到的银河应该是一条非常非常淡的、雾状的白带)。&br&不过当你身处在那个环境下,用肉眼看到银河,那种感觉比网络上任何一张星空照片都来得震撼。&br&(我是不会告诉你们,我经常被星空感动到流泪。。。)&/p&&p&&br&&/p&&p&2、肉眼看到的星空没有太多的色彩。&br&你在网上看到的那些星空图的色彩,都是前期的白平衡+后期的调色搞出来的。&br&目前星空摄影常用的色温是3200 - 4500K(天文改机要低一些,大概2000K上下)。&br&K值越低,拍出来的越冷(蓝),反之越暖(红、黄、橙)。&br&所以网上很多的星空照片,有各种各样的颜色。&br&而肉眼看到的,就是黑色的天空+一堆白色的亮点。&/p&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-5cbc772ba2dcbc8dad65e1bc3b666bd8_b.png& data-rawwidth=&1774& data-rawheight=&1178& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1774& data-original=&/v2-5cbc772ba2dcbc8dad65e1bc3b666bd8_r.png&&&p&&br&&/p&&p&像这张,使用天文改机总共曝光了30分钟,并且后期用蒙版手动上色才调出了这个色彩(原图的色彩非常非常的淡)。&/p&&p&&br&&/p&&img src=&/v2-b4a889cab259ec5b3c7b442c_b.png& data-rawwidth=&1397& data-rawheight=&914& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1397& data-original=&/v2-b4a889cab259ec5b3c7b442c_r.png&&&p&&br&&/p&&p&改机到手后,我拍的第一张调色盘。总共曝光了约两小时,但是原图的颜色依旧非常淡。&/p&&img src=&/67d45ad32caffd6bf55f708_b.png& data-rawwidth=&1413& data-rawheight=&937& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&1413& data-original=&/67d45ad32caffd6bf55f708_r.png&&&p&&br&&/p&&p&&br&&/p&&p&3、零光污染的环境下,肉眼看到的星空都差不多&br&甭管是新西兰还是纳米比亚还是新疆西藏,全世界的星空都一个样。&br&星空图好不好看,主要取决于地景好不好看。新西兰、纳米比亚、西藏这些地方的星空好看,除了因为没有光污染,另外一个原因就是有着各种各样的地景。&br&但是夜间肉眼观测的话,两米外的树长什么样子你可能都看不清。&br&所以很多星空摄影教程里都会跟你讲,白天提前踩点。夜间拍摄时还要多次盲拍才能找到合适、满意的机位。&br&另外你在网上看到的那些地景很亮,星空也很壮观的照片,大多数是蓝调时间拍摄的地景然后相机不动夜间继续拍银河,通过后期的方式将地景和星空合成到一起。&br&或者强吃相机宽容度,再通过多张堆栈的形式去噪。&/p&&p&不拍摄,只观测的话,跑到郊区没光污染或者光污染比较少的地方,看到的星空和你去新西兰或者纳米比亚看到的星空区别不大。&br&(我记得谷歌地图好像可以查看光污染)&/p&&p&4、肉眼观测星空,有光污染反而好点。&br&今年年初去元阳梯田拍星空,晚上景区的探照灯把地景全都照亮了,虽然冷光+硬光拍出来的照片丑的不行,但用肉眼看到的真是爽的不行(地景+星空全都看到了)。&/p&&p&5、肉眼观测,最好有月亮。&br&很多摄影教程会告诉你,拍星空一定要避开满月前后几天。但是肉眼观测的话,满月前后几天是最好的时间。&br&今年英仙座流星雨极大时间恰好是满月前几天。前半夜可以明显看到的远方的雪山、海子、高山草甸,背后的银河仔细观测也能看到。到了后半夜银河清晰可见。&/p&&p&6、肉眼可以观测的最壮观的星空我觉得应该是流星雨&br&还是英仙座流星雨,今年运气很好,肉眼看到了一颗极亮的绿色的火流星。轨迹持续了大概2 ~ 3秒,点亮了整片天空。&/p&&p&如果是想拍摄壮丽的星空,国内很多地方都可以拍。比如山东的七星台,北京的长城,四川的牛背山、四姑娘山(海子沟、锅庄坪)、贡嘎山(雅哈垭口、里说垭口),甘肃的扎尕那,西藏的阿里、羊湖纳木错、嘎玛沟等等,云南的元阳梯田、红土地。可供选择的地方太多了。&/p&
评论里一堆人跟我说看到过图1、2、3的星空,我觉得我有必要简单的说一下。银河中很多波段的光线,人眼是无法接收到的(比如红外)。即使用单反拍摄的星空,颜色也是非常非常淡的,只有用红外改机或者普通单反用赤道仪长时间跟踪曝光才能将银河中的色彩还原…
在很多地方看到有不少同学都有类似的问题,因此就来回答一下。结论是不能。&br&&br&题主可能有类似于这样的想法:如果我造一个很长很长的梯子,将梯子以远低于光速的速度缓缓伸向黑洞的视界,那么梯子的另一端不是总可以伸出黑洞吗?&br&&br&但这个想法的问题是,黑洞不能简单的被理解为牛顿力学中引力很大的物体,而应该是广义相对论中描述的一种特殊的时空结构。不太严格地说,当梯子的另一端接近黑洞视界时,其向内的加速度会趋近于无穷大;我们自然没有办法产生无穷大的反向加速度以抵消向内的加速度,因而梯子永远不可能伸出视界。(这个说法不严格是因为在黑洞内部“静止”的参考系是没法定义的,在黑洞外部则可以把“静止”参考系放在离黑洞无穷远处。)&br&&br&如果用广义相对论的概念略为严格地表述,普通物体(排除了光)在时空中的运动轨迹是类时测地线——可以理解为轨迹必须在光锥内部。如下图所示,黑洞内部所有的光锥都是指向内部的。而普通物体的运动轨迹必须在光锥内部,自然也就永远无法逃出黑洞。不过《三体》里面的设定和这个略有不同:黑域是不包含奇点的,但部分时空结构应该有类似的特征。&br&&br&&img src=&/4c906be3eff7cd7b8d6fa4_b.png& data-rawwidth=&389& data-rawheight=&329& class=&content_image& width=&389&&(图片来源:&a href=&///?target=http%3A//www.astronomyforum.net/astrophysics-forum/136874-black-holes-inertial-agents.html& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Black Holes and Inertial Agents&i class=&icon-external&&&/i&&/a&)&br&&br&举个不具有科学严谨性但有助于直观理解的例子:下图中的小萝莉无论怎么努力,也无法到达圆球赤道的位置;就像黑域中的人无论怎么努力都没法达到视界,尽管视界就在那里。&br&&br&&img src=&/453f42a67faead382cedaf_b.jpg& data-rawwidth=&468& data-rawheight=&390& class=&origin_image zh-lightbox-thumb& width=&468& data-original=&/453f42a67faead382cedaf_r.jpg&&(图片来源:&a href=&///?target=http%3A///inflatable-walk-on-water-ball& class=& wrap external& target=&_blank& rel=&nofollow noreferrer&&Inflatable Walk On Water Ball&i class=&icon-external&&&/i&&/a&)
在很多地方看到有不少同学都有类似的问题,因此就来回答一下。结论是不能。 题主可能有类似于这样的想法:如果我造一个很长很长的梯子,将梯子以远低于光速的速度缓缓伸向黑洞的视界,那么梯子的另一端不是总可以伸出黑洞吗? 但这个想法的问题是,黑洞不能…
原答案在分割线下面,集中回答两个问题:&br&1.许多人抱怨初中高中甚至大学都看不懂,请复习分割线下原答案的第一段话,我根本就没准备让所有人懂,也不是在回答楼主的问题,只是在纠正许多答案中的概念混乱。&br&2.光年本来是很长的距离单位,但文中有一处将光年“文艺”地引申为很久很久很久的时间。我知道会有人不依不饶追究细节反对别人用这种文艺而不严格修辞手法,我就是要这样用。&br&&br&——————————————————————————————&br&我觉得这里的回答中有许多都没有正确区分『叠加态』和『混合态』。不过很抱歉,我这里并不是在回答楼主的问题,而是试图纠正许多回答中的概念混乱,很难让高中以下的读者理解。&br&&br&量子系统所处的任何一个明确的状态(量子态)都有无穷多种方法分解为若干其他量子态的叠加,就好像一个向量总是有无穷多种方法分解为若干向量一样。如果一个量子态S可以分解为量子态X和Y的叠加,可以写成S=aX+bY(a和b是两个复数系数)。再次提醒,这种分解有无穷多种方法:S = aX+bY = a'X'+b'Y'+c'Z'+... = ...&br&&br&到了这里,学过向量加法的同学们应该知道,S虽然可以写成X和Y的线性叠加,但S显然既不是X也不是Y,说S既是X又是Y也根本不对,甚至说S部分处于X部分处于Y也非常不合适,因为S在任何不跟S正交的量子态上都有非零的分量。事实上,S是一个跟X和Y都不同的新的量子态。如果你选取了一组正交完备的量子态作为基向量,那么任何一个量子态S都可以在这组基向量上做唯一的分解。这种正交完备的基向量组的选择也不是唯一的,有无穷多种不同的选择。&br&&br&那么什么是混合态呢?如果系统明明处于某个明确的量子态,但我们却不知道到底是哪一个,只知道系统可能以一定的概率分布处于若干量子态之一,那么这种情况下我们说体系处于这若干量子态的概率混合,简称混合态。但必须明确一点,混合态不是量子态,只是若干量子态上的一个概率分布。一个处于混合态的系统的实际量子态完全是明确的,只是我们这些观察者并不知道具体是哪一个而已,这跟前面解释的叠加态的含义完全不同。&br&&br&量子力学实验中所谓的测量,就是让『被测量子体系』跟『仪器+观察者+环境』这个大系统发生相互作用。具体的测量方式会在无穷多不同的正交完备基向量组中选择一个特殊的基向量组。例如让电子通过Z方向的非均匀磁场测量电子的自旋,这种测量就会选择Z+和Z-这两个特定的自旋量子态构成的正交完备基向量组。&br&&br&执行测量操作时,『仪器+观察者+环境』这个大系统跟被测体系的相互作用过程会让被测体系的量子态从其原来所处的量子态迅速演化到测量方式选择的那个特殊基向量组中的某一个基向量上。那么测量后被测体系的量子态到底会演化到这个特殊基向量组中的哪一个基向量上呢?这同时取决于『被测量子体系』和『仪器+观察者+环境』二者在测量之前所处的量子态。由于后者是个硕大无朋的宏观体系,其具体的量子态信息我们根本就不可能了解(就算把这个信息告诉我们,存储这个巨大的信息也可能要占满整个宇宙,更不要说利用这些信息进行计算的难度多大了),所以我们根本就没可能明确计算测量后被测体系到底会进入测量方式所选定的哪一个基向量上,只能做统计预测。而统计预测的规则很简单:测量后被测体系量子态进入基向量X的概率,正比于测量前被测体系的量子态S在基向量X上投影长度的平方,这就是量子力学中的测量原理。早年人们在对这个原理的理解很糊涂,导致了波尔和爱因斯坦在这个原理的诠释上旷日持久到死都没结果的争论。后来有人做了贝尔不等式的实验,实验结果不支持爱因斯坦关于量子力学局域性的观点,但却被大量错误地引申成了波尔战胜了爱因斯坦。事实上波尔对测量原理提出的哥本哈根诠释在贝尔不等式的实验中根本就不涉及,该诠释不但破坏量子力学的自洽性,也跟近年来的实验结果相悖。这事儿说来话长暂且打住。&br&&br&还有一件事,做量子力学实验,通常要将被测量子体系与仪器环境的相互作用彻底隔离,相互间连热交换都不能有,否则在测量之前被测体系的状态就已经乱掉了。虽然某些实验中如果相互作用非常微弱也可以通过一些手段纠正消除环境干扰,但尽可能地隔绝环境相互作用是非常必要的。隔离个把原子不长的时间是比较容易做到的,目前也可以隔离病毒尺度的物体,尺度越大隔离就越难。把像猫这么大的东西跟外部环境几乎彻底隔绝,其技术难度可以说超出了我对未来科学技术最疯狂的幻想。如果不能做到几乎是完美的隔离,那么被测体系根本就不可能处于那组基向量的叠加态,也就谈不上什么薛定谔猫佯谬了。这就是为什么薛定谔猫佯谬提出之后大家始终在争论却一直没办法直接进行试验验证的原因(最近据说终于成功地在病毒上进行了类似实验)。接下来的讨论中我们暂且假定光年之后我们在技术上终于能够满足上述隔离要求。&br&&br&下面我们就可以开始谈薛定谔猫这个思想实验了,这里假设读者知道这个实验的设定。&br&&br&我们打开盒子进行观察,都可能看到些什么呢?有人觉得打开盒子可能观察到所有可能的量子态只有两个,一个是猫死了,一个是猫活着。事实上这是很严重的误解。即便是猫死了的状态,都有数不清的不同可能,例如死在一角还是另一角等等,猫死和猫活都对应很大很大一批不同的量子态。除此之外,按照量子力学,打开盒子的时候甚至可以有极小但非零的概率里面会出现一只狗,还可能没猫也没狗只有一滩水。虽然这种事情发生的概率极其微小,但量子力学并不绝对禁止盒子中的物质发生这种剧烈重组的可能性。把所有这些量子力学允许我们在打开盒子时看到的状态全算上,才构成我们测量手段所选择的正交完备的基向量组。所以,许多科普文章甚至是早期的学术讨论中认为只有『死猫』、『活猫』这区区两个基向量的说法是完全不符合量子力学的。&br&&br&如果关上盒子(假设能做到很严格的与世隔绝)的时间不是特别漫长,打开盒子的时候发现里面有只狗或一滩水的可能性几乎是零,最可能看到的是对应死猫或活猫的数不清的量子态之一。但如果盒子关得太久(例如漫长到庞加莱回归周期那样的时间尺度)就难说打开时会看到什么了。&br&&br&我们很关心的一个问题是,在打开盒子之前,盒内体系的量子态又会是什么呢?事实上,由于盒子中的猫和杀猫装置本身也是一个在量子力学意义上极为巨大的宏观系统,而触发杀猫装置的放射性元素也在跟这个宏观系统发生相互作用,相当于被测量,所以会在这个过程中会迅速演化到杀猫装置所选定的基向量之一:衰变或不衰变,具体演化到哪个状态取决于之前整个系统的量子态。虽然在打开盒子之前,盒内体系时刻都处于明确的量子态,但由于这个系统仍然很巨大,所以我们并没有办法对结果做出明确的预测,只能谈概率。因此在打开盒子之前,猫要么已经被杀死,要么没有被杀死,或者以极低的概率进入了某种稀奇古怪的奇葩状态,但并不会处于某种“不死不活”或“稀里糊涂”的量子态。&br&&br&虽然盒内体系的量子态S是明确的,却几乎不可能刚好处于打开盒子后可能看到的基向量状态之一,而是它们的某种叠加。所以在打开盒子的时候盒内体系的量子态仍然会发生进一步的演化,但这种演化不会像许多科普书上写的那样,从某种猫不死不活的状态嗖~地演化成死猫或活猫的状态,而是从原来猫的死活本来就很明确的量子态以一定的概率分布演化到打开盒子后可能看到的基向量状态之一。而且我们还可以明确一件事儿,如果打开盒子之前盒内体系的量子态S是猫活着的某个状态,那么打开盒子之后盒内体系的量子态几乎肯定会演化到跟S在宏观上看上去几乎没有差别的仍然对应猫活着的量子态,几乎完全没可能演化到对应猫死了的某个量子态。因为对于如此巨大的宏观系统,宏观上能看出差别的两个量子态几乎是完全正交的,宏观上几乎完全看不出差别的两个量子态之间才可能会有明显的非零投影分量。&br&&br&总结:&br&薛定谔猫在打开盒子之前并不会处于什么『不死不活』『稀里糊涂』的量子态。一个对应死猫的量子态和一个对应活猫的量子态叠加出来的量子态是一个很奇葩但并不糊涂的量子态,这样的量子态可能对应一只开膛破肚奄奄一息的猫,也可能连个完整的猫形都没有。任何一个量子态都可以分解为若干量子态的线性叠加,也就是说,你现在的状态就等价于若干跟你目前状态不同的量子态的叠加,但你并不会因此感到自己稀里糊涂或不死不活。打开盒子,盒子里面的量子态会因为跟外部的相互作用而发生演化,但这个演化并不是从一种不死不活的糊涂量子态演化到有明确死活的量子态,而是从原本死活就很明确的量子态演化到宏观地看上去与原来极其接近的另一个量子态,演化到一个宏观地看上去与原来很不相同的量子态的概率几乎为零。
原答案在分割线下面,集中回答两个问题: 1.许多人抱怨初中高中甚至大学都看不懂,请复习分割线下原答案的第一段话,我根本就没准备让所有人懂,也不是在回答楼主的问题,只是在纠正许多答案中的概念混乱。 2.光年本来是很长的距离单位,但文中有一处将光年…
我记得督工 &a class=&member_mention& href=&///people/ce5a1cad2& data-hash=&ce5a1cad2& data-hovercard=&p$b$ce5a1cad2&&@马前卒&/a& 回答过“超大的固态行星能否存在”之类的问题。督工的回答大体上没问题,但他当然不可能说出太多细节,也有一些瑕疵;我就给他补充补充吧。&br&&br&&u&&b&首先,要明确的一点是,类地行星的数量虽然多,但远远多不到频繁碰撞的地步。对恒星和行星来说,宇宙比我们想象得空旷得多。&/b&&/u&&br&&br&平均而言,在行星形成过程结束之后,虽然“小石头”们经常撞来撞去,但两个地球这么大的行星相撞的平均时间,是大大长于当前宇宙的年龄的。国际天文联合会对“行星”的定义中有这么一条:清空行星所在位置附近的其他大小天体(这是“开除”冥王星的主要理由之一)。除非有重要的引力摄动,严重改变了某些大行星的轨道,否则,时至今日,两颗足够大的岩石行星是不太可能撞一块儿的。&br&&br&而且,两块大小相近的超级石头之间的碰撞,是几乎一定会把彼此撞散架的。足够质量的固态行星相撞极其容易把两者一块儿撞散,原因是缺乏有效的耗散能量和角动量的机制(简单但不严密地说,你随便在某个行星系统里头抓俩固态行星,它们构成的动力学系统的总能量,是几乎肯定大于零的;如果没有足够的耗散,它们一撞之下,是几乎一定都要粉身碎骨的)。&br&&br&顺带一说,行星形成理论中,有一个所谓的 meter size barrier。这个尺度下的石头(已经可以被叫做“星籽”了)很难变得更大,原因也是这个尺度的星体与气体的耦合已经很弱而难以耗散(你可以设想一下,一个球体的体积越大,则它的比表面积越小,单位质量受到的气体的“摩擦力”也就越小),也不像更大的超级大石头那样,能有效地把撞上来的小石头的能量有效地变成热能再慢慢释放掉。&br&&br&其次,类地行星质量实在太小了。一个星体的中心最高可以达到的温度,与它的质量和相对原子质量等数量之间有如下关系:&br&&img src=&///equation?tex=T_%5Cmathrm%7Bmax%7D+%5Csimeq+1.6+%5Ctimes+10%5E8+%5Cmathrm%7B%5C+K%7D+%5Ctimes+%5Cmu+%5Cmu_e%5E%7B5%2F3%7D+%5Cleft%28%5Cfrac%7BM%7D%7BM_%5Codot%7D+%5Cright%29%5E%7B4%2F3%7D& alt=&T_\mathrm{max} \simeq 1.6 \times 10^8 \mathrm{\ K} \times \mu \mu_e^{5/3} \left(\frac{M}{M_\odot} \right)^{4/3}& eeimg=&1&&&br&其中,&img src=&///equation?tex=M& alt=&M& eeimg=&1&&是星体的质量,&img src=&///equation?tex=M_%5Codot& alt=&M_\odot& eeimg=&1&&是太阳质量,&img src=&///equation?tex=%5Cmu& alt=&\mu& eeimg=&1&&是星体的平均相对原子质量,&img src=&///equation?tex=%5Cmu_e& alt=&\mu_e& eeimg=&1&&是星体的电子丰度。&br&&br&&u&&b&这个温度上限的存在原因是,“常态”物质在自身引力之下,将被压缩升温,但这样的升温过程,最高也只能到达那样一个温度。如果进一步压缩之,物质将由气态或等离子态(“常态”)转为电子简并态,其压强将变得与温度无关,这继续的压缩并不能使得温度继续升高。&/b&&/u&&br&&br&我们就先不指望氦或者更重的元素被点燃了;假定星体里头还有一点儿氢,那么,要让这仅有的一丁点儿氢显著地烧起来,温度至少要到 &img src=&///equation?tex=10%5E7+%5Cmathrm%7B%5C+K%7D& alt=&10^7 \mathrm{\ K}& eeimg=&1&&左右。假定这个星体的平均相对原子质量是 28(“硅星”),那么把 &img src=&///equation?tex=%5Cmu%5Csimeq+28& alt=&\mu\simeq 28& eeimg=&1&&,&img src=&///equation?tex=%5Cmu_e%5Csimeq+0.5& alt=&\mu_e\simeq 0.5& eeimg=&1&& 代进去,可以得出,这个星体起码得有 0.025 (四十分之一)个太阳质量。&br&&br&&u&&b&几十分之一个太阳质量是什么概念?一万倍地球质量。而且,在这个下限处的核燃烧,是要求在重元素(用于使星体足够致密和高温)中有足够的氢(用来当燃料)的,而这类情形,就算存在,也是极其少见的。&/b&&/u&&br&&br&俩地球这么大的撞一块儿就极其不容易了,还要来一万次;至于比地球更大的固态行星,数量本来就少,撞起来就更稀少了。这画面,我是不敢想象的了。&br&&br&如果你找来了上帝他老人家,让他给放一团足够的由重元素构成的物质在某处,而且你要多少他给多少呢?&br&&br&以前搭过一个烂尾楼:&a class=&internal& href=&/question//answer/&&如果向太阳发射一个跟太阳一样大的水球,那么太阳会被扑灭吗? - 王力乐的回答&/a&。事实上,我是用 mesa 这个代码(算是恒星结构和演化这一块儿的“工业标准”了)做过模拟了的:一个水球,哪怕只有 0.1 太阳质量,也是会烧起来的(如果这个“水球恒星”的质量接近一个太阳质量,温度和密度就会高到可以碳氮氧循环的方式燃烧的地步,而真正的太阳离能发生碳氮氧循环的条件还有差距),而且相对而言非常亮(光度很高)。&br&&br&问题是,水球里头有大量的氢,而岩石行星在氢丰度方面一般都是够呛的。&br&&br&我们还是从质量谱的底端开始说吧。&br&&br&大约大于十倍地球质量(有人认为是 14 倍——更精确的数值需要一门叫做“计算天体凝聚态物理”——伯克利有人做这个——的特殊子学科的发展给出足够好的物态方程才行)时,硅酸盐(因为恒星燃烧产生的重元素中氧和硅都够多)为主的类似地球的固体物质,将不能在常规状态下对抗引力,而“被迫”转为电子简并物质。这个质量下的电子简并星体,会是一个具有简并内核和致密大气的星星,与气态行星一定程度上有些相似(这样的行星与亚棕矮星的界限并不是特别明晰)。低质量的棕矮星非常冷,温度大致是几百到几千 K;它只会这样慢慢冷却,离核燃烧还是太远。&br&&br&质量更高些,到了木星质量(大致是三百倍地球质量)附近(木星本身也有一个简并内核,不过主要是简并的金属态氢),星体会被称为亚棕矮星,会有痕量的核燃烧,“可燃物”是氚和锂。但是,这样的核燃烧不能持续太长时间,甚至通常没法达到能量的收支平衡。等着它的,也将是慢慢冷却。&br&&br&继续往上加质量,直到刚才说的几十分之一到十分之一太阳质量(几十到上百个木星质量)附近。这时,如果星体的氢丰度足够(比如,这个星就是个大水球/冰球),它就要开始核燃烧了;但这个燃烧寿命,比同等质量的普通恒星的寿命要短得多(既因为氢更少了,也因为具有更大平均相对原子质量的恒星需要更高的温度和核反应速率才能产生足够的压强对抗引力)。短暂的光辉之后,它将变成白矮星。如果氢的丰度不够燃烧的,那它将直接变为“白”矮星(它很可能比真正的白矮星冷得多)。&br&&br&最后,还有一点要注意的。电子简并物质构成的星体中,电子运动速度是不能接近光速的。如果简并星体的质量继续增大,会导致星体中电子更加接近彼此;此时,泡利不相容原理会使得电子的运动速度更快(否则电子将被迫占据位置—动量联合空间——所谓相空间——中的相同位置)。星体中电子的运动速度越接近光速,这个星体的物质将变得越“软”;“软”到一定程度,星体将无法对抗自身引力。这时,星体会开始急剧收缩,而这个收缩会触发白矮星的剧烈核燃烧;简并星体的大规模核燃烧是不稳定的(太阳之类星体之所以有稳定的核燃烧,是因为,如果核燃烧速率略微增加,则太阳温度增加,这导致压强增加而使太阳膨胀,膨胀使得温度和密度降低,核燃烧速率进而降低,如是形成一个负反馈性的稳态;而简并物质的温度和压强是几乎无关的,核燃烧速率增加并不会受到那样的负反馈机制的制约),会炸掉——这就是所谓的 Ia 型超新星,人们拿它来研究宇宙学。&br&&u&&b&&br&所以,结论大致就是:你会得到一个地球,然后是超级地球;继续往上加质量,你会得到电子简并星体;接着往上加质量,你会把这个简并星体炸掉&/b&&/u&——问题是,你根本不能指望通过固态物质的吸积实现这一过程,而得找个开金手指的家伙帮忙才行。
我记得督工
回答过“超大的固态行星能否存在”之类的问题。督工的回答大体上没问题,但他当然不可能说出太多细节,也有一些瑕疵;我就给他补充补充吧。 首先,要明确的一点是,类地行星的数量虽然多,但远远多不到频繁碰撞的地步。对恒星和行星来说…
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