支配宇宙的方程

当我们想象星系的画面时，脑海中会浮现出旋涡、椭圆等形状的绚丽结构。天文学家在观测星系的自转时，意外地在星系的边缘发现了匪夷所思的现象：那里的天体运动得太快了！

已知的引力定律告诉我们，距离星系中心越远的天体，受到的引力就越小，其绕行速度也会越慢。但观测却告诉我们，星系外侧的天体的运动速度与理论预期的不符，这就意味着有未知的东西等待被发现。这有两种可能性：要么我们对引力的理解需要被修正，要么在宇宙中存在着我们大量看不见的物质产生了额外的引力，否则星系将会分崩离析。

尽管很多人热烈地拥抱宇宙中存在暗物质的可能性，但也有少数理论学家选择了在不同的道路上探索。上世纪80年代，米尔格罗姆（Mordehai Milgrom）提出了“修改的牛顿动力学”（MOND理论），他发现如果我们将牛顿引力中的加速度稍微改变一点点，就可以解释不同大小和不同年龄的星系的自转速度。

虽然基于MOND发展出来的理论可以解释星系的自转问题，但一直以来，这些理论都无法解释宇宙微波背景（这是宇宙大爆炸最关键的观测证据），以至于它在很长的一段时间内都没有得到足够多的重视。直到去年，两名理论物理学家提出的一种新的MOND模型，终于克服了这一主要障碍。

我们无法确认究竟是暗物质还是MOND理论在默默地守护着星系，但可以肯定的是，如果暗物质探测持续一无所获，那么将会有越来越多人开始关注MOND理论。

在浩瀚的宇宙中，人类是孤独的吗？

1961年，天体物理学家弗兰克·德雷克（Frank Drake）提出了一个著名的方程来估算银河系中可能存在的先进文明的数量。随着空间技术的进步，科学家已经对方程中的一些变量有了更好的认识。但对于像先进文明的预期存在的时间这样的变量，除了猜测，我们无法再做什么。

2016年，亚当·弗兰克（Adam Frank）和伍德拉夫·沙利文（Woodruff Sullivan）提出了一个新的等式来解决稍微不同的问题：在可观测宇宙的历史中，可能发展成先进文明的数量是多少？

在新的方程中，A被定义为“在可观测宇宙的历史上曾形成的科技物种的数量。”在方程的右边，N_ast代表的是宇宙中给定体积内（可以是银河系或是整个宇宙）宜居行星的数量，f_bt则表示在这些行星中发展出先进文明的概率。

黑洞是宇宙中最神秘的天体。最简单的一种黑洞形式也被称为施瓦西黑洞，在爱因斯坦刚提出广义相对论的不久后，施瓦西（Karl Schwarzschild）就找到了爱因斯坦场方程的第一个解。施瓦西找到的解对应的是一个只有质量，没有电荷和自旋的黑洞。

由于黑洞拥有极强的引力，以至于任何进入到黑洞的东西都无法逃脱。霍金（Stephen Hawking）等人曾认为黑洞不会辐射，但如果是这样，那么被视为铁律的热力学第二定律就会被违反。1974年，基于广义相对论和量子场论，霍金重新研究了黑洞周围的弯曲空间后发现，黑洞具有温度，所以也会辐射。霍金辐射从未被探测到，这是因为一个典型黑洞的温度非常小。例如，一个太阳质量的黑洞的霍金温度约为0.00000006开尔文。

在著名的黑洞温度公式中，我们可以看到公式中包含万有引力常数、普朗克常数、光速和玻尔兹曼常数。也就是说，这一公式把量子理论、广义相对论和热力学全都联系在了一起。

仅从这个方程看，也许你会认为这个方程的成立应当要求P=1，但事实并非如此。因为这个方程实际上连接的是爱因斯坦在1935年发表的两篇具有里程碑意义的论文。

E、P、R这三个字母代表的分别是三位物理学家：爱因斯坦（Einstein）、罗森（Rosen）和波多尔斯基（Podolsky）。方程左边的ER代表的是虫洞（又被称为爱因斯坦-罗森桥），它可以为两个相距非常遥远的时空区域创建一条时空隧道。方程的右边代表的是爱因斯坦、波多尔斯基和罗森在另一篇论文中提出的量子纠缠：当两个粒子处于纠缠时，对其中一个粒子的状态进行测量就能立即知道另一个粒子的状态，无论它们相距多么遥远。

2013年，马尔达西那（Juan Maldacena）和苏士侃（Leonard Susskind）提出，虫洞和量子纠缠之间的联系并不只是体现在它们是在同一年提出的，实际上它们本质上是相同的。任何两个通过纠缠连接在一起的粒子，它们实际上就是通过虫洞连接在一起的，反之亦然。这就意味着，也许量子力学和引力之间的联系要比我们想象的更加紧密。