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生活中總有一些數(shù)字非常重要，例如自己的手機(jī)號(hào)碼或是身份證號(hào)。但要是從整個(gè)宇宙的廣度上看，卻是一些簡單的數(shù)字具有極其重要的意義，這些數(shù)字構(gòu)成了我們現(xiàn)在的宇宙和世界。加州州立大學(xué)數(shù)學(xué)系教授James D. Stein在他的書《The Numbers That Define Our Universe》中揭示了這些與宇宙息息相關(guān)的數(shù)字：

1、萬有引力常數(shù)。

1665年的倫敦非同尋常，除了爆發(fā)大規(guī)模的黑死病外，當(dāng)時(shí)的牛頓也因?yàn)楹谒啦〉膫鞑ザ黄然氐郊亦l(xiāng)，并在接下來的18個(gè)月里發(fā)現(xiàn)了通往現(xiàn)代世界大門的鑰匙。人類現(xiàn)在所生活的環(huán)境時(shí)常需要進(jìn)行定量預(yù)測(cè)，而第一個(gè)人類進(jìn)行定量預(yù)測(cè)的就是牛頓的萬有引力。根據(jù)萬有引力理論，物體間引力與物體的質(zhì)量成正比，與物體間距離的平方成反比。牛頓發(fā)現(xiàn)行星的軌道是個(gè)橢圓并繞著太陽旋轉(zhuǎn)，在他之前的開普勒只能通過長期的觀察假設(shè)該理論的存在，而牛頓除了觀察之外還通過計(jì)算得出了現(xiàn)在的地球引力常數(shù)值，并取名為G。它也是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)的常數(shù)值，由于萬有引力還會(huì)受到其他力的影響，因此也是13個(gè)常數(shù)中最不精確的數(shù)值。到了1957年，人類第一個(gè)人造衛(wèi)星Sputnik成功擺脫了萬有引力進(jìn)入了宇宙中。

2、光速。

中世紀(jì)西方發(fā)明的火炮讓人們認(rèn)識(shí)到了聲速和光速的區(qū)別，在炮彈出膛前就能看到炮口的火焰，然后才聽到火藥的爆炸聲。之后包括伽利略在內(nèi)意識(shí)到光的速度也是有限的，并為此設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，兩人在遠(yuǎn)距離使用望遠(yuǎn)鏡觀察火光。由于受制于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件，該實(shí)驗(yàn)最后以失敗告終。直至19世紀(jì)末，技術(shù)的進(jìn)步使得人類能在0.02%的誤差范圍內(nèi)精確測(cè)量光速。Albert Michelson和Edward Morley證實(shí)了光傳播方向的獨(dú)立性，這也促使愛因斯坦相對(duì)論的誕生。人們經(jīng)常會(huì)說沒有什么比光速還要快，的確，物理世界是沒有。即使現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理信息的速度已經(jīng)接近光速，人們還是對(duì)下載速度有所抱怨?？梢哉f抱怨永遠(yuǎn)比光速要快。

3、理想氣體常數(shù)。

17世紀(jì)時(shí)的科學(xué)家已經(jīng)明白了物質(zhì)的3種形態(tài)，由于受到當(dāng)時(shí)科學(xué)技術(shù)條件的限制，無法準(zhǔn)確測(cè)量固體和液體的變化，因此研究固體和液體要比氣體困難得多，大部分研究實(shí)驗(yàn)都集中于氣體。Robert Boyle就是其中一位杰出的實(shí)驗(yàn)學(xué)家，他想到了控制變量法，即通過控制實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)變量，來觀察其他變量的變化。他由此發(fā)現(xiàn)了氣體壓力與體積之間的關(guān)系，100年后，法國科學(xué)家Jacques Charles和Joseph Gay-Lussac發(fā)現(xiàn)了氣體體積與溫度之間的關(guān)系，值得注意的是，Gay-Lussac為了做實(shí)驗(yàn)乘坐熱氣球飛到近7000米的高空，這在當(dāng)時(shí)已經(jīng)是世界最高紀(jì)錄。將他們3人的發(fā)現(xiàn)綜合起來，可以得到理想氣體常數(shù)的值。

4、絕對(duì)零度。

人類很早就學(xué)會(huì)了生火，但要制冷卻很難，而宇宙的溫度很低，平均溫度只比絕對(duì)零度高一丁點(diǎn)，原理和家里使用的冰箱類似，通過宇宙中不斷膨脹的氣體散熱。以電學(xué)而聞名的法拉第首先提出通過制造絕對(duì)零度來遏制宇宙中氣體的膨脹。他在一個(gè)密封的的試管中注入液態(tài)氯，當(dāng)試管破碎后，液態(tài)氯立刻變成了氣態(tài)。這個(gè)實(shí)驗(yàn)說明了由于試管破碎后溫度升高，導(dǎo)致液態(tài)氯變成氣態(tài)氯，某些物質(zhì)如果在一定溫度下，氣體也會(huì)變成液體。而現(xiàn)代家庭中的冰箱就是根據(jù)這一原理制冷。

20世紀(jì)初期，壓力技術(shù)的發(fā)展使科學(xué)家可以將氫、氧液化，由此帶來的低溫已經(jīng)接近絕對(duì)零度，最新的激光技術(shù)可以讓原子運(yùn)動(dòng)減緩由此得到更接近絕對(duì)零度的低溫。

5、阿弗加德羅常數(shù)。

解開化學(xué)的奧秘和保險(xiǎn)箱的奧秘可不一樣，它需要2把鑰匙，第一把鑰匙是19世紀(jì)道爾頓發(fā)現(xiàn)的原子理論，宇宙中有92種基礎(chǔ)元素，其他物質(zhì)都是由這92中基礎(chǔ)元素所組成；所以第2把鑰匙是由這些原子組成的分子，例如水是由H2O分子所組成。但是到底有多少分子，如何將它們排列整齊預(yù)測(cè)化學(xué)反應(yīng)的結(jié)果一直以來是化學(xué)領(lǐng)域的難題。意大利化學(xué)家Amadeo Avogadro提出在相同溫度、壓力和體積條件下，不同氣體具有相同的分子，這種假說剛提出時(shí)受到了很多質(zhì)疑，但它使化學(xué)家能在化學(xué)反應(yīng)的開始和結(jié)束時(shí)，在相同體積下推演出物質(zhì)分子的結(jié)構(gòu)。阿弗加德羅數(shù)被定義為12個(gè)碳元素中所含的原子數(shù)量，數(shù)字表示為6.02×1023.

6、重力與電力的相對(duì)強(qiáng)度

冬天走在地毯上時(shí)，會(huì)產(chǎn)生靜電，過多的靜電甚至?xí)屓梭w的頭發(fā)豎立起來，這說明電力強(qiáng)度比重力要強(qiáng)。地球的重力讓所有物體下落，而電卻能抵消甚至超過重力的影響。這對(duì)生命體來說非常有益，生命本身就是一種復(fù)雜的電化學(xué)反應(yīng)，甚至肌肉的力量和消化食物都需要電能?；瘜W(xué)反應(yīng)的反應(yīng)就是源于原子外部的電子擺脫了束縛，由此和新的原子重新組合，在這些反應(yīng)中產(chǎn)生的電能幫助人體內(nèi)的神經(jīng)向肌肉傳輸信息，這樣肌肉才能運(yùn)動(dòng)，大腦才能正常工作。如果電能比重力弱，上述的功能就會(huì)受到影響，這也是人類進(jìn)化過程中對(duì)地球環(huán)境的適應(yīng)。

7、玻耳茲曼常數(shù)。

通常情況下由于地球重力導(dǎo)致土地下陷，水就會(huì)往低處流，但這不能解釋為什么熱水中的冰塊會(huì)融化，而溫水中不會(huì)自主結(jié)冰。這和熱能的傳遞有關(guān)，為了回答這個(gè)問題，奧地利物理學(xué)家Ludwig Boltzmann發(fā)現(xiàn)冰塊在溫水中的熱能傳遞比熱水中要多。自然界的隨機(jī)性很強(qiáng)，無序遠(yuǎn)比有序多。

玻耳茲曼的熵公式中包括了玻耳茲曼常數(shù)，同時(shí)也解釋了墨菲原理：該出錯(cuò)的一定會(huì)出錯(cuò)，之所以錯(cuò)是因?yàn)殄e(cuò)的方式比對(duì)的方式要多。

8、普朗克常數(shù)

絕大多數(shù)的科學(xué)家比較低調(diào)，自然界才是評(píng)判他們科學(xué)研究的終極標(biāo)準(zhǔn)，而有時(shí)候大自然也需要大量時(shí)間才能驗(yàn)證科學(xué)家的研究發(fā)現(xiàn)。就像Max Planck對(duì)物理宇宙的假設(shè)研究，并告訴自己的兒子：我有一個(gè)媲美牛頓的理論大發(fā)現(xiàn)。

他的話說得很滿，事實(shí)證明了他的正確性。他認(rèn)為宇宙中的能量由一個(gè)個(gè)有限的個(gè)體組成，這些個(gè)體被稱為量子，或被稱為普朗克常數(shù)，簡寫為h。普朗克量子理論不僅被用來解釋宇宙的架構(gòu)，也成為20世紀(jì)和21世紀(jì)技術(shù)革命的開端。幾乎電子學(xué)領(lǐng)域的所有新發(fā)現(xiàn)，從激光到計(jì)算機(jī)，再到磁共振都有普朗克理論的貢獻(xiàn)，除此之外量子理論還顛覆了人類對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)識(shí)，例如之前在科幻小說中才有的平行宇宙概念如今已經(jīng)在量子理論的解釋下，成為了現(xiàn)實(shí)。

9、施瓦氏半徑。

黑洞理論18世紀(jì)已經(jīng)出現(xiàn)，但在很長時(shí)間內(nèi)它都只是一個(gè)理論而不是一個(gè)真實(shí)的物理現(xiàn)象，知道愛因斯坦的廣義相對(duì)論出現(xiàn)才有了現(xiàn)實(shí)黑洞的可能，它詳細(xì)區(qū)別了與經(jīng)典物理學(xué)中的重力不同之處。一戰(zhàn)期間德國陸軍的物理學(xué)家和宇航服務(wù)學(xué)家Karl Schwarzschild看到了這個(gè)理論。愛因斯坦將自己的理論轉(zhuǎn)化為了系統(tǒng)方程式，這些系統(tǒng)方程式非常難解，但是Karl Schwarzschild卻在戰(zhàn)爭期間找到了解決方法。除此之外，他還假設(shè)一個(gè)極小的球體中填充滿某一種物質(zhì)后就會(huì)形成黑洞，這種球體的半徑被稱為施瓦氏半徑。由于施瓦氏半徑極小因此難以單獨(dú)呈現(xiàn)。

一般都以為黑洞非常小，密度大而且是黑色，例如施瓦氏半徑球體可以將地球裝進(jìn)半徑只有1厘米的球體內(nèi)，但令人驚奇的是，大的黑洞可以非常大，假設(shè)把整個(gè)銀河系的質(zhì)量平分裝進(jìn)施瓦氏半徑球體制造黑洞，這些黑洞的密度只有現(xiàn)在地球大氣密度的0.0002。

10、氫熔效率

Carl Sagan曾說過我們都是星塵，從氫熔效率理論來看非常正確。宇宙大部分由氫氣構(gòu)成，為了產(chǎn)生其他化合物，特別是生命，就需要從氫元素中獲取其他元素，宇宙中的星云就是由一大團(tuán)氫由于重力而聚攏，由此產(chǎn)生的壓強(qiáng)導(dǎo)致核反應(yīng)生成了氦。整個(gè)核反應(yīng)過程中的能量釋放量可以通過著名的E = mc2 公式計(jì)算出，其中只有0.7%的氫轉(zhuǎn)換成了能量，也就是0.007，這就是氫熔效率，這個(gè)數(shù)字對(duì)生命體非常重要。

氫熔反應(yīng)的第一步是生成氘，如果氫熔效率低于0.007，則該反應(yīng)不會(huì)繼續(xù)，星云還會(huì)繼續(xù)形成但是僅僅是個(gè)發(fā)光的氫氣球，如果氫熔效率高于0.008，則反應(yīng)過于活躍，氫在反應(yīng)過程中消耗過快。拿水分子來說，其中有2個(gè)氫原子，如果反應(yīng)過快，則不會(huì)形成水，那么生命也將不復(fù)存在。

11、錢德拉塞卡極限

生命體的基本元素是碳，但除了碳元素還需要其他質(zhì)量更重的元素。宇宙中只有一種途徑會(huì)產(chǎn)生這些元素，那就是超新星。超新星是巨星爆炸后的產(chǎn)物，超新星中會(huì)有所有那些重元素并在宇宙中散布開來，這樣會(huì)慢慢在星球上形成生命，超新星非常特別而罕見，1987年在夜空中觀測(cè)到的超新星距離地球超過15萬光年，但還是能在地球上直接用肉眼觀察到。

超新星的大小決定了它的命運(yùn)，像太陽大小的超新星非常穩(wěn)定，比太陽大的超新星會(huì)變成極高溫的白矮星，而小的超新星會(huì)逐漸冷卻并死亡。如果某個(gè)星體的體積超過錢德拉塞卡極限，那就意味著是一個(gè)超新星。

12、哈勃常數(shù)

宇宙從何而來，有2種說法，一種是宇宙一直存在，一種是宇宙有開始之處。20世紀(jì)60年代曾有爭論，哪個(gè)說法才是正確的，最后的證據(jù)顯示宇宙起源于一次大爆炸。當(dāng)時(shí)人們很難理解這種說法，宇宙中所有的物質(zhì)一開始都?jí)嚎s在一個(gè)極小的空間內(nèi)，這個(gè)空間比一個(gè)氫原子還小。

如果宇宙起源于大爆炸，那么這次大爆炸什么時(shí)候發(fā)生？如今的宇宙有多大？這些問題在20世紀(jì)20年代，被一個(gè)叫作Edwin Hubble的人提出，當(dāng)時(shí)他在洛杉磯的威爾遜山天文臺(tái)工作，如今的太空望遠(yuǎn)鏡就是以他的名字命名。

哈勃使用類似雷達(dá)槍的設(shè)備發(fā)現(xiàn)銀河系正在逐漸遠(yuǎn)離地球，由于當(dāng)時(shí)沒有太空設(shè)備可以觀察地球在宇宙中的位置，因此他認(rèn)為整個(gè)宇宙都在發(fā)生這樣的變化，所有的銀河系都在遠(yuǎn)離，銀河系遠(yuǎn)離地球的速度與距離地球的值就被稱為哈勃常數(shù)，根據(jù)此理論推算，宇宙大爆炸發(fā)生在137億年前。0000 0000

13、歐米茄常數(shù)

我們現(xiàn)在知道了宇宙什么時(shí)候起源，到現(xiàn)在有多久，但我們不知道它何時(shí)會(huì)滅亡?，F(xiàn)在只要把所有收集到的足夠數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算得到的常數(shù)被稱為歐米茄常數(shù)，就能預(yù)測(cè)宇宙什么時(shí)候滅亡。這就像從一個(gè)行星上發(fā)射一枚火箭，已知火箭的速度，這枚火箭是否能脫離行星軌道要看這顆行星的質(zhì)量有多大，例如脫離月球軌道的火箭速度就和脫離地球軌道的火箭速度不同。

宇宙的命運(yùn)同樣可以通過計(jì)算得出，如果宇宙大爆炸產(chǎn)生的速度超過銀河系，那么就會(huì)徹底毀滅。如果沒有超過，那么銀河系還會(huì)繼續(xù)包裹著宇宙，接著就會(huì)發(fā)生宇宙塌陷。這都取決于整個(gè)宇宙的質(zhì)量，如果在1立方米的空間內(nèi)有5個(gè)氫原子，產(chǎn)生的重力足以產(chǎn)生重力塌陷，這被稱為歐米茄常數(shù)。宇宙所有物質(zhì)質(zhì)量與引發(fā)大收縮所需最小質(zhì)量相除的結(jié)果，如果常數(shù)值小于1，宇宙將向外擴(kuò)張，如果大于1，就會(huì)發(fā)生宇宙大塌陷，目前的估值在0.98～1.1之間，因此還無法確定宇宙究竟會(huì)產(chǎn)生怎樣的變化。