科普知识：

研究表明：太阳正在远离地球，对人类而言，是好事还是坏事？

在广阔无垠的宇宙中，地球是目前唯一已知存在生命的星球，这一殊荣的背后除了地球得天独厚的空间位置，就属太阳的功劳最大了，因为是太阳散发的能量让地球有了光和热，让万物得以生长。

然而天文学家发现，地球围绕太阳公转的轨道似乎并不是一成不变的，每年地球近日点的距离相比上一年都远离了太阳1.5厘米，这说明地球似乎正在远离太阳。

从宇宙的角度来看，恒星是宇宙中最普遍的天体，也是形成星系的必要条件，因为星系内的行星都是恒星残余物质在引力作用下形成的，一般恒星系内至少拥有一颗行星，个别特殊的恒星系比如太阳系，拥有多达8颗行星。
在极个别情况下，甚至还会出现双恒星和三恒星系统，比如4.22光年外的半人马座就有三颗恒星，在三颗恒星引力的互相影响下，行星轨道会非常不稳定，但太阳作为太阳系中的唯一恒星，没有其他恒星的引力与它博弈，所以总体而言太阳系内行星们的公转轨道还是比较稳定的。

牛顿的《自然哲学的数学原理》中，太阳质量带来的强引力把控着包括地球在内的行星们，在恰到好处的引力作用下，地球吸收着太阳能量的22亿分之一，并以此为基础演化出了万千生命，但随着太阳与地球的不断远离，地球未来收到的太阳能量会越来越弱，最后会发生什么呢？首先可以肯定的是，地球的平均气温会下降，届时人类活动产生的温室气体将不足以再让地球温度升高，越发减弱的太阳能量将使得地球重新进入小冰期，全球性的海洋封冻和严寒将引发第六次物种大灭绝。

人类文明也许能靠科技延续更长时间，但在整个地球生态圈已被严寒摧毁的情况下，残存的人类文明也终将如蜡烛一样熄灭。

但话又说回来了，太阳为什么会持续远离地球呢？

这就要从太阳本身的结构说起了，因为太阳本质上就是一个核聚变反应堆，其内的氢元素大约能让太阳再维持50亿年核聚变反应，在此期间由于核聚变燃料的不断消耗，太阳本身的质量也会不断减少。

质量减少后的恒星相应的引力也会减少，地球受到的太阳引力束缚也会减弱，因此才出现了太阳与地球距离越来越远的情况。不过天文学家认为，人类并不需要担心地日距离增加的问题，因为太阳引力减小导致地球远离太阳的距离每年只有1.5厘米左右。而太阳和地球之间的距离达到了1.5亿公里，每年1.5厘米的距离实在有些微不足道，哪怕是一千年后，地球也只不过离太阳远了150米，而这个距离在广阔的星际空间中也还是几乎可以忽略不计。

没有意外情况的话，地球大概还可以稳定在太阳系存在50亿年，关于地球不断远离太阳的现象并不值得引起我们的恐慌，我们真正要关注的是人类对环境的破坏，如果可控核聚变不能早日实现的话，地球环境将变得不再适合人类居住。当然了，作为地球上唯一的智慧文明，人类肯定不会永远留在地球上的，地球对未来技术水平达到一定程度的人类文明来说就是个老家而已，宇宙中还有更多更富饶的星球等着人类去开发，没必要守着地球不走。

也许在不远的将来，人类文明就会放弃地球成为星舰文明，不断开采各个星球上的资源，永恒在宇宙中遨游。

注：以上内容取自百度。

我们对早期宇宙发生的事情仍然知之甚少。目前主流的共识是，宇宙大爆炸之后的很长一段时间里，在最早的恒星诞生之前，宇宙一直保持着中性且黑暗的状态，也就是宇宙的黑暗时期。直到第一批恒星出现，宇宙才真正迎来了“黎明”。但是，宇宙黎明到来的时间仍然是个谜。大爆炸会产生电子和质子。随着宇宙的膨胀和物质的冷却，在大爆炸约38万年后，电子和质子会结合形成中性氢（即复合时期）。在引力的作用下，氢会聚集坍缩形成第一批恒星和星系，这一时期被称为“宇宙黎明”。| 图片来源：NASA/WMAP Science Team； R。 Ellis（Caltech）来自可观测宇宙中最古老的恒星的光线必须经过一百多亿年的旅行才能到达地球，这太遥远了，普通的望远镜完全无法直接观测。为了寻找宇宙的第一缕星光，射电天文学家一直在利用射电波频谱寻找一种间接的影响。氢原子会天然地吸收并发射波长21厘米的射电波。由于宇宙在不断地膨胀，因此这些射电波在前往地球的旅途中会被拉长。那些来自更遥远氢云的波，被拉伸的时间也更长，所以抵达地球时的波长也会变得更长。这种光的拉伸为天文学家提供了一种宇宙历史事件的时间戳记录。当氢原子最初形成时，它们以相同的速率吸收并发射环境21厘米辐射，因此，充斥着原始宇宙的氢云实际上是看不见的。随后，宇宙黎明到来，来自第一批恒星的紫外线辐射激发了原子跃迁，使得氢原子吸收的21厘米波比它们发射的要多，这种多出来的吸收就会在一个特定的射电波长上表现出亮度下降，这就标志着最早的恒星被点燃的时刻。随着时间的推移，第一批恒星坍缩成黑洞。围绕这些黑洞旋转的高温气体产生了X射线，加热了整个宇宙的氢云，增加了21厘米发射的速率。我们会观测到比更古老的光的波长稍短的射电波长上亮度的略微上升。最终的结果便是，在一个狭窄的射电波长范围内出现亮度的微小“凹陷”。

科学家发现毫米级“时间膨胀”播报文章

中国青年报

发布时间: 2022-02-25 15:43
中国青年报社
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2021年9月，美籍华裔科学家叶军发明的“光学晶格时钟”，是人类迄今为止制造的最精确的计时装置。图片来源 视觉中国

编译 顾海波

爱因斯坦的广义相对论中，有一个闻名遐迩却又不可思议的见解：强引力场或者难以置信的高速可以扭曲时间，这种效应被称为时间膨胀。例如，宇宙飞船上的时钟可能比地球上的时钟走得稍快或稍慢，这取决于它们的速度和地球的引力对时间的扭曲效应如何。

现在，在美国国家标准与技术研究所和科罗拉多大学博尔德分校联合运作的JILA项目中，科学家们取得了一项重大突破：他们用世界上最精确的时钟，在有史以来最小的尺度内，测量到了时间膨胀。该研究小组发现，由于地球引力的影响，相距仅1毫米的时钟，显示的时间有轻微不同。

根据2月16日发表在美国《自然》杂志上的一项研究，这项新实验为研发精度比现有水平提升50倍的时钟铺平了道路，也为揭示宇宙的基本奥秘提供了线索。

“这意味着时钟的精度更好了。”JILA物理学家、该研究的合著者叶军对北美青年文化平台VICE说。“时间和空间是相互关联的。相对论告诉我们，时间就是空间，空间就是时间，而时间是相对的。没有绝对的时间概念。”

几年来，美籍华裔科学家叶军和在JILA的同事们通过设计更精确的原子钟，把计时和广义相对论研究的前沿不断向前推进。在这些时钟中，钟摆的角色是由原子中电子的频率变化来扮演的，这些电子被精心排列在旨在控制其混乱的能量和运动的晶格中。这些创新使原子钟成为迄今为止最精确的计时工具，每150亿年的误差只有1秒钟。

2010年，JILA的科学家们用这些时钟，测量到了海拔高度相差33厘米的两点间的时间膨胀，这在当时是个很大的进步。对他们的时钟进行了10年的改进之后，科学家们成功跟踪到了极冷锶原子样本内的频率变化，这使他们能够捕捉到毫米级的时间膨胀效应。

更重要的是，该团队成功地让这些原子以一致的步调“舞动”了37秒，创造了“量子相干”持续时长的新纪录。

“第一天，当我们开始看到这么长的相干时间时，简直不敢相信。”叶军回忆说。“量子相干听起来非常微观……但37秒，是半分多钟，这是一个非常宏观的时间尺度，一个‘人类’的时间尺度，这真是不可思议……这就是我们正在谈论的这场量子革命的本质。”

把微观的量子现象带入宏观的世界中，可以帮助科学家探索科学界重大的、悬而未决的问题。例如，几十年来，研究人员一直在努力使广义相对论与量子力学相一致，前者控制着由恒星和星系组成的宇宙，后者为原子内部的微小领域设定了规则。随着原子钟变得越来越精确，科学家们将能够真正看到穿越时空曲率的原子波，而这正是经典世界和量子世界的冲突之处。

“这是我们从未探索过的物理学领域。”叶军说，如果这些时钟的精度能再提高20倍，“我们将进入一个非常、非常有趣的领域”，将产生“当量子力学最终与广义相对论相遇时的新见解”。

越来越精确的时钟，用途数不胜数：从预测火山爆发到测量海平面上升，再到太空探索。

“我们经常开玩笑说：‘我们健康地活了100年，在这期间，你的头比脚老大约半微秒。’”叶军说。“这在生物学上是很微小的，谁会在乎一生中的半微秒呢？但在测量地球如何变化，以及驾驶飞船登陆火星或其他遥远的行星方面，就不一样了。这一切都是基于这种精确的信息时间。”

来源：中国青年报客户端