⑴ 平行宇宙是怎么一回事
1 平行宇宙
是否有另一个你正在阅读和本文完全一样的一篇文章？那个家伙并非你自己，却生活在一个有着云雾缭绕的高山、一望无际的原野、喧嚣嘈杂的城市，和其它8颗行星一同围绕一颗恒星旋转，并且也叫做“地球”的行星上？他（她）一生的经历和你每秒钟都相同。然而也许她此刻正准备放下这篇文章而你却打算看下去。
这种“分身”的想法听起来奇怪而又难以置信，但似乎我们不得不接受它，因为它已为各种天文观测的结果所支持。如今最流行同时也最简单的宇宙模型指出，离我们大约10^(10^28)米外之处存在一个和我们的银河一摸一样的星系，而那其中正有个一摸一样的你。虽然这距离大得超乎人们的想象，却毫不影响你的“分身”存在的真实性。该想法最初起源于很简单的“自然可能性”而非现代物理所假设：宇宙在尺寸上无限大（或者至少足够大），并且象天文观测指出的那样－－均匀的分布着物质。既然如此，按照统计学规律便可以断定，所有的事件（无论多么相似或者相同）都会发生无数次：会有无数个孕育人类的星球，它们之中会有和你一摸一样的人－－一摸一样的长相、名字、记忆甚至和你一摸一样的动作、选择－－这样的人还不止一个，确切的说，是无穷多个。
2.泡沫理论
“泡沫状态”这个词，随便一点说，就是一种或一系列资产在一个连续过程中陡然涨价，开始的价格上升会使人们产生出还要涨价的预期，于是又吸引了新的买主——这些人一般只是想通过买卖牟取利润，而对这些资产本身的使用和产生盈利的能力是不感兴趣的。随着涨价常常是预期的逆转，接着就是价格的暴跌，最后以金融危机告终。通常，“繁荣（Boom）”的时间要比泡沫状态长些，价格、生产和利润的上升也比较温和一些，以后也许接着就是以暴跌（或恐慌）的形式出现危机，或者以繁荣逐渐消退告终而不发生危机。
金德尔博格对泡沫的定义比较形象，但是在理论研究中比较难以操作。现代的经济学研究通常将泡沫定义为资产价格对其基本价值的持续性偏离。这样的定义简化了对泡沫的判断，所需要做的工作有两点，一是决定资产的基本价值，二是看资产价格的偏离是持续性的还是在很短的时间内就消失。
P.S.
[科普] 平行宇宙(全文完) （更新中）
原作：（美）马克斯·铁马克
原载：《科学美国人》 2003.5
翻译：focus
平行宇宙
是否有另一个你正在阅读和本文完全一样的一篇文章？那个家伙并非你自己，却生活在一个有着云雾缭绕的高山、一望无际的原野、喧嚣嘈杂的城市，和其它8颗行星一同围绕一颗恒星旋转，并且也叫做“地球”的行星上？他（她）一生的经历和你每秒钟都相同。然而也许她此刻正准备放下这篇文章而你却打算看下去。
这种“分身”的想法听起来奇怪而又难以置信，但似乎我们不得不接受它，因为它已为各种天文观测的结果所支持。如今最流行同时也最简单的宇宙模型指出，离我们大约10^(10^28)米外之处存在一个和我们的银河一摸一样的星系，而那其中正有个一摸一样的你。虽然这距离大得超乎人们的想象，却毫不影响你的“分身”存在的真实性。该想法最初起源于很简单的“自然可能性”而非现代物理所假设：宇宙在尺寸上无限大（或者至少足够大），并且象天文观测指出的那样－－均匀的分布着物质。既然如此，按照统计学规律便可以断定，所有的事件（无论多么相似或者相同）都会发生无数次：会有无数个孕育人类的星球，它们之中会有和你一摸一样的人－－一摸一样的长相、名字、记忆甚至和你一摸一样的动作、选择－－这样的人还不止一个，确切的说，是无穷多个。
最新的宇宙学观测表明，平行宇宙的概念
并非一种比喻。空间似乎是无限的。如果真是这样，
一切可能会发生的事情必然会发生，不管这些事有
多荒唐。在比我们天文观测能企及范围远得多的地
方，有和我们一摸一样的宇宙。天文学家甚至计算
出它们距地球的平均距离
你很可能永远见不到你的“影子”们。你能观测到的最远距离也就是自大爆炸以来光所行进的最远距离：大约140亿光年，即4X10^26米－－该距离为半径的球体正好定义了我们可观测视界的大小，或者简单地说，宇宙的大小，又叫做哈勃体积。同样的，另一个你所在的宇宙也是个同样大小的球体。以上便是对“平行宇宙”最直观的解释。每个宇宙都是更大的“多重宇宙”的一小部分。
对“宇宙”的如此定义，人们也许会认为这只是种形而上学的方式罢了。然则物理学和形而上学的区别在于该理论是否能通过实验来测试，而不是它看起来是否怪异或者包含难以察觉的东西。多年来，物理学前沿不断扩张，吸收融合了许多抽象的（甚至一度是形而上学的）概念，比如球形的地球、看不见的电磁场、时间在高速下流动减慢、量子重叠、空间弯曲、黑洞等等。近几年来“多重宇宙”的概念也加入了上面的名单，与先前一些经过检验的理论，如相对论和量子力学配合起来，并且至少达到了一个经验主义科学理论的基本标准：作出预言。当然作出的论断也可能是错误的。科学家们迄今讨论过多达4种类型独立的平行宇宙。现在关键的已不是多重宇宙是否存在的问题了，而是它们到底有多少个层次。
第一层次：视界之外
所有的平行宇宙组成第一层多重宇宙。－－这是争论最少的一层。所有人都接受这样一个事实：虽然我们此时此刻看不见另一个自己，但换一个地方或者简单地在原地等上足够长的时间以后就能观察到了。就像观察海平面以外驶来的船只－－观察视界之外物体的情形与此类似。随着光的飞行，可观察的宇宙半径每年都扩大一光年，因此只需要坐在那里等着瞧。当然，你多半等不到另一个宇宙的另一个你发出的光线传到这里那天，但从理论上讲，如果宇宙扩张的理论站得住脚的话，你的后代就有可能用超级望远镜看到它们。
怎么样，第一层多重宇宙的概念听起来平平无奇？空间不都是无限的么？谁能想象某处插着块牌子，上书“空间到此结束，当心下面的沟”？如果是这样，每个人都会本能的置疑：尽头的“外面”是什么？实际上，爱因斯坦的重力场理论偏偏把我们的直觉变成了问题。空间有可能不是无限，只要它具有某种程度的弯曲或者并非我们直觉中的拓扑结构（即具有相互联络的结构）。
一个球形、炸面圈形或者圆号形的宇宙都可能大小有限，却无边界。对宇宙微波背景辐射的观测可以用来测定这些假设。【见另一篇文章《宇宙是有限的吗？》by Jean-Pierre Luminet, Glenn D. Starkman and Jeffrey R. Weeks; Scientific American, April 1999】然而，迄今为止的观察结果似乎背逆了它们。无尽宇宙的模型才和观测数据符合，外带强烈的限制条件。
另一种可能是：空间本身无限，但所有物质被限制在我们周围一个有限区域内－－曾经流行的“岛状宇宙”模型。该模型不同之处在于，在大尺度下物质分布会呈现分形图案，而且会不断耗散怠尽。这种情形下，第一层多重宇宙里的几乎每个宇宙最终都将变得空空如也，陷入死寂。但是近期关于三维银河分布与微波背景的观测指出物质的组织方式在大尺度上呈现出某种模糊的均匀，在大于10^24米的尺度上便观测不到清晰的细节了。假定这种模式延伸下去，我们可观测宇宙以外的空间也将充满行星、恒星和星系。
有资料支持空间延伸于可观测宇宙之外的理论。WMAP卫星最近测量了微波背景辐射的波动(左图)。最强烈的振幅超过了0.5开，暗示着空间非常之大，甚至可能无穷(中图)。另外，WMAP和2dF星系红移探测器发现在非常大的尺度下，空间均匀分布着物质
生活在第一层多重宇宙不同平行宇宙中的观察者们将察觉到与我们相同的物理定律，但初始条件有所不同。根据当前理论，大爆炸早期的一瞬间物质按一定的随机度被抛出，此过程包含了物质分布的一切可能性，每种可能性都不为0。宇宙学家们假定我们所在的当初有着近似均匀物质分布和初始波动状态（100，000可能性中的一种）的宇宙，是一个相当典型的（至少在所有产生了观察者的平行宇宙中很典型）个体。那么距你最近的和你一模一样那个人将远在10^(10^28)米之外；而在10^(10^92)米外才会有一个半径100光年的区域，它里面的一切与我们居住的空间丝毫不差，也就是说未来100年内我们世界所发生的每件事都会在该区域完全再现；而至少10^(10^118)米之外该区域才会增大到哈勃体积那么大，换句话说才会有一个和我们一模一样的宇宙。
上面的估计还算极端保守的，它仅仅穷举了一个温度在10^8开以下、大小为一个哈勃体积的空间的所有量子状态。其中一个计算步骤是这样：在那温度下一个哈勃体积的空间最多能容纳多少质子？答案是10^118个。每个质子可能存在，也可能不存在，也就是总共2^(10^118)个可能的状态。现在只需要一个能装下2^(10^118)个哈勃空间的盒子便用光所有可能性。如果盒子更大些－－比如边长10^(10^118)米的盒子－－根据抽屉原理，质子的排列方式必然会重复。当然，宇宙不只有质子，也不止两种量子状态，但可用与此类似的方法估算出宇宙所能容纳的信息总量。
与我们宇宙一摸一样的另一个宇宙的平均距离
距你最近那个“分身”没准并不象理论计算的那么远，也许要近得多。因为物质的组织方式还要受其他物理规律制约。给定一些诸如行星的形成过程、化学方程式等规律，天文学家们怀疑仅在我们的哈勃体积内就存在至少10^20个有人类居住的行星；其中一些可能和地球十分相像。
第一层多重宇宙的框架通常被用来评估现代宇宙学的理论，虽然该过程很少被清晰地表达。举例来说，考察我们的宇宙学家如何通过微波背景来试图得出“球形空间”的宇宙几何图。随着空间曲率半径的不同，那些“热区域”和“冷区域”在宇宙微波背景图上的大小会呈现某种特征；而观测到的区域表明曲率太小不足以形成球形的封闭空间。然而，保持统计学上的严格是非常重要的事。每个哈勃空间的这些区域的平均大小完全是随机的。因此有可能是宇宙在愚弄我们－－并非空间曲率不足以形成封闭球形使得观测到的区域偏小，而恰巧因为我们宇宙的平均区域天生就比别的来的小。所以当宇宙学家们信誓旦旦保证他们的球状空间模型有99.9%可信度的时候，他们的真正意思是我们那个宇宙是如此地不合群，以至1000个哈勃体积之中才会出一个象那样的。
这堂课的重点是：即使我们没法观测其他宇宙，多重宇宙理论依然可以被实践验证。关键在于预言第一层多重宇宙中各个平行宇宙的共性并指出其概率分布－－也就是数学家所谓的“度量”。我们的宇宙应当是那些“出现可能性最大的宇宙”中的一个。否则－－我们很不幸地生活在一个不大可能的宇宙中－－那么先前假设的理论就有大麻烦了。如我们接下来要讨论的那样，如何解决这度量上的问题将会变得相当有挑战性。
第二层多重宇宙示意图。
第二层次：膨胀后留下的气泡
如果第一层多重宇宙的概念不太好消化，那么试着想象下一个拥有无穷组第一层多重宇宙的结构：组与组之间相互独立，甚至有着互不相同的时空维度和物理常量。这些组构成了第二层多重宇宙－－被称为“无序的持续膨胀”的现代理论预言了它们。
“膨胀”作为大爆炸理论的必然延伸，与该理论的许多其他推论联系紧密。比如我们的宇宙为何如此之大而又如此的规整，光滑和平坦？答案是“空间经历了一个快速的拉伸过程”，它不仅能解释上面的问题，还能阐释宇宙的许多其他属性。【见《膨胀的宇宙》 by Alan H. Guth and Paul J. Steinhard; Scientific American, May 1984; 《自我繁殖的膨胀宇宙》 by Andrei Linde, November 1994 】“膨胀”理论不仅为基本粒子的许多理论所语言，而且被许多观测证实。“无序的持续”指的是在最大尺度上的行为。作为一个整体的空间正在被拉伸并将永远持续下去。然而某些特定区域却停止拉神，由此产生了独立的“气泡”，好像膨胀的烤面包内部的气泡一样。这种气泡有无数个。它们每个都是第一层多重宇宙：在尺寸上无限而且充满因能量场涨落而析出的物质。
对地球来说，另一个气泡在无限遥远之外，远到即使你以光速前进也永远无法到达。因为地球和“另一个气泡”之间的那片空间拉伸的速度远比你行进的速度快。如果另一个气泡中存在另一个你，即便你的后代也永远别想观察到他。基于同样的原因，即空间在加速扩张，观察结果令人沮丧的指出：即便是第一层多重空间中的另一个自己也将看不到了。
第二层多重宇宙与第一层的区别非常之大。各个气泡之间不仅初始条件不同，在表观面貌上也有天壤之别。当今物理学主流观点认为诸如时空的维度、基本粒子的特性还有许许多多所谓的物理常量并非基本物理规律的一部分，而仅是一种被称作“对称性破坏”过程的结果而已。举例言之，理论物理学家认为我们的宇宙曾一度由9个相互平等的维度组成。在宇宙早期历史中，只有其中3个维度参与空间拉神，形成我们现在观察到的三维宇宙。其余6个维度现在观察不到了，因为它们被卷曲在非常微小的尺度中，而且所有的物质都分布在这三个充分拉伸过的维度“表面”上（对9维来说，三维就是一个面而已，或者叫一层“膜”）。
我们生活在3+1维时空之中，对此我们并不特别意外。当描述自然的
偏微分方程是椭圆或者超双曲线方程时，也就是空间或者时间其中之一是0维或
同时多维，对观测者来说，宇宙不可能预测(紫色和绿色部分)。
其余情况下(双曲线方程)，若n>3，原子无法稳定存在，n<3，复杂度太低以
至于无法产生自我意识的观测者(没有引力，拓扑结构也成问题)。
由此，我们称空间的对称性被破坏了。量子波的不确定性会导致不同的气泡在膨胀过程中以不同的方式破坏平衡。而结果将会千奇百怪。其中一些可能伸展成4维空间；另一些可能只形成两代夸克而不是我们熟知的三代；还有些它们的宇宙基本物理常数可能比我们的宇宙大。
产生第二层多重宇宙的另一条路是经历宇宙从创生到毁灭的完整周期。科学史上，该理论由一位叫Richard C的物理学家于二十世纪30年代提出，最近普林斯顿大学的Paul J. Steinhardt和剑桥大学的Neil Turok两位科学家对此作了详尽阐述。Steinhardt和Turok 提出了一个“次级三维膜”的模型，它与我们的空间相当接近，只是在更高维度上有一些平移。【see "Been There, Done That," by George Musser; News Scan, Scientific American, March 2002】该平行宇宙并非真正意义上的独立宇宙，但宇宙作为一个整体－－过去、现在和未来－－却形成了多重宇宙，并且可以证明它包含的多样性恰似无序膨胀宇宙所包含的。此外，沃特卢的物理学家Lee Smolin还提出了另一种与第二层多重宇宙有着相似多样性的理论，该理论中宇宙通过黑洞创生和变异而非通过膜物理学。
尽管我们没法与其他第二层多重宇宙之中的事物相互作用，宇宙学家仍能间接地指出它们的存在。因为他们的存在可以用来很好地解释我们宇宙的偶然性。做一个类比：设想你走进一座旅馆，发现了一个房间门牌号码是1967，正是你出生那年。多么巧合呀，在那瞬间你惊叹到。不过你随即反应过来，这完全不算什么巧合。整个旅馆有成百上千的房间，其中有一个和你生日相同很正常。然而你若看见的是另一个与你毫无干系的数字，便不会引发上面的思考。这说明什么问题呢？即便对旅馆一无所知，你也可以用上面的方法来解释很多偶然现象。
让我们举个更切题的例子：考察太阳的质量。太阳的质量决定它的光度（即辐射的总量）。通过基本物理运算我们可知只有当太阳的质量在1.6X10^30～2.4X10^30千克这么个狭窄范围内，地球才可能适合生命居住。否则地球将比金星还热，或者比火星还冷。而太阳的质量正好是2.0X10^30千克。乍看之下，太阳质量是种惊人的幸运与巧合。绝大多数恒星的质量随机分布于10^29～10^32千克的巨大范围内，因此若太阳出生时也随机决定质量的话，落在合适范围的机会将微乎其微。然而有了旅馆的经验，我们便明白这种表面的偶然实为大系统中（在这个例子里是许多太阳系）的必然选择结果（因为我们在这里，所以太阳的质量不得不如此）。这种与观测者密切相关的选择称为“人择原理”。虽然可想而知它引发过多么大的争论，物理学家们还是广泛接收了这一事实：验证基础理论的时候无法忽略这种选择效应。
适用于旅馆房间的原理同样适用于平行宇宙。有趣的是：我们的宇宙在对称性被打破的时候，所有的（至少绝大部分）属性都被“调整”得恰到好处，如果对这些属性作哪怕极其微小的改变，整个宇宙就会面目全非－－没有任何生物可以存在于其中。如果质子的质量增加0.2%，它们立即衰变成中子，原子也就无法稳定的存在。如果电磁力减小4%，便不会有氢，也就不会有恒星。如果弱相互作用再弱一些，氢同样无法形成；相反如果它们更强些，那些超新星将无法向星际散播重元素离子。如果宇宙的常数更大一些，它将在形成星系之前就把自己炸得四分五裂。
虽然“宇宙到底被调节得多好”尚无定论，但上面举的每一个例子都暗示着存在许许多多包含每一种可能的调节状态的平行宇宙。【see "Exploring Our Universe and Others," by Martin Rees; Scientific American, December 1999】第二层多重宇宙预示着物理学家们不可能测定那些常数的理论值。他们只能计算出期望值的概率分布，在选择效应纳入考虑之后。
第三层次：量子平行世界
第一层和第二层多重宇宙预示的平行世界相隔如此之遥远，超出了天文学家企及的范围。但下一层多重宇宙却就在你我身边。它直接源于着名的、备受争议的量子力学解释－－任何随机量子过程都导致宇宙分裂成多个，每种可能性一个。
量子平行宇宙。当你掷骰子，它看起会随机得到一个特定的结果。然而量子力学指出，那一瞬间
你实际上掷出了每一个状态，骰子在不同的宇宙中停在不同的点数。其中一个宇宙里，你掷出了1，另一个
宇宙里你掷出了2……。然而我们仅能看到全部真实的一小部分－－其中一个宇宙。
20世纪早些年，量子力学理论在解释原子层面现象方面的成功掀起了物理学革命。在原子领域下，物质运动不再遵守经典的牛顿力学规律。在量子理论解释它们取得瞩目成功的同时却引发了爆炸性激烈的争论。它到底意味着什么？量子理论指出宇宙并不像经典理论描述的那样，决定宇宙状态的是所有粒子的位置和速度，而是一种叫作波函数的数学对象。根据薛定鄂方程，该状态按照数学家称之为“统一性”的方式随时间演化，意味着波函数在一个被称为“希尔伯特空间”的无穷维度空间中演化。尽管多数时候量子力学被描述成随机和不确定，波函数本身的演化方式却是完全确定，没有丝毫随机性可言的。
关键问题是如何将波函数与我们观测到的东西联系起来。许多合理的波函数都导致看似荒谬不合逻辑的状态，比如那只在所谓的量子叠加下同时处于死和活两种状态的猫。为了解释这种怪异情形，在20实际20年代，物理学家们做了一种假设：当有人试图观察时，波函数立即“坍塌”成经典理论中的某种确定状态。这个附加假设能够解决观测发现的问题，然而却把原本优雅和谐统一的理论变得七拼八凑，失去统一性。随机性的本质通常归咎于量子力学本身就是这些不顺眼假设的结果。
许多年过去了，物理学家们逐渐抛弃了这种假设，转而开始接受普林斯顿大学毕业生Hugh Everett在1957年提出的一种观点。他指出“波函数坍塌”的假设完全是多余的。纯粹的量子理论实际上并不产生任何矛盾。它预示着这样一种情形：一个现实状态会逐渐分裂成许多重叠的现实状态，观测者在分裂过程中的主观体验仅仅是经历完成了一个可能性恰好等于以前“波函数坍塌假设结果”的轻微的随机事件。这种重叠的传统世界就是第三层多重宇宙。
四十多年来，物理界为是否接受Everett的平行世界犹豫不决，数度反复。但如果我们将之区分成不同视点分别来看待，就会更容易理解。研究它数学方程的物理学家们站在外部的视点，好像飞在空中的鸟审视地面；而生活在方程所描述世界里的观测者则站在内部的视点，就好比被鸟俯瞰的一只青蛙。
在鸟看来，整个第三层多重宇宙非常简单。只用一个平滑演化的、确定的波函数就能就能描绘它而不引发任何分裂或平行。被这个演化的波函数描绘的抽象量子世界内部却包含了大量平行的经典世界。它们一刻不停的分裂、合并，如同经典理论无法描述的一堆量子现象。在青蛙看来，观察者感知的只有全部真相的一小部分。它们能观测到自己所在那个第一层宇宙，但是一种模仿波函数坍塌效果而又保留统一性、被称为“去相干”的作用却阻碍他们观测到与之平行的其他宇宙。
每当观测者被问及一个问题、做一个决定或是回答一个问题，他大脑里的量子作用就导致复合的结果，诸如“继续读这篇文章”和“放弃阅读本文”。在鸟看来，“作出决定”这个行为导致该人分裂成两个，一个继续读文章而另一个做别的去了。而在青蛙看来，该人的两个分身都没有意识到彼此的存在，它们对刚才分裂的感知仅仅是经历了个轻微的随机事件。他们只知道“自己”做了什么决定，而不知道同时还有一个“他”做了不同的决定。
尽管听起来很奇怪，这种事情同样发生在前面讲过的第一层多重宇宙中。显然，你刚作出了“继续阅读本文”的决定，然而在很远很远的另一个银河系中的另一个你在读过第一段之后就放下了杂志。第一层宇宙和第三层宇宙唯一的区别就是“另一个你”身处何处。第一层宇宙中，他位于距你很远之处－－通常维度空间概念上的“远”。第三层宇宙中，你的分身住在另一个量子分支中，被一个维度无限的希尔伯特空间分隔开来。
第三层多重宇宙的存在基于一个至关重要的假设：波函数随时间演化的统一。所幸迄今为止的实验都不曾与统一性假设背离。在过去几十年里我们在各种更大的系统中证实了统一性的存在：包括碳-60布基球和长达数公里的光纤中。理论反面，统一性也被“去相干”作用的发现所支持。【see "100 Years of Quantum Mysteries," by Max Tegmark and John Archibald Wheeler; Scientific American, February 2001】只有一些量子引力方面的理论物理学家对统一性提出置疑，其中一个观点是蒸发中的黑洞有可能破坏统一性，应该是个非统一性过程。但最近一项被叫做“AdS/CFT一致”的弦理论方面的研究成果暗示：量子引力领域也具有统一性，黑洞并不抹消信息，而是把它们传送到了别处。
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如果物理学是统一的，那么大爆炸早期量子波动是如何运作的那幅标准图画将不得不改写。它们并非随机产生某个初始条件，而是产生重叠在一起的所有可能的初始条件，同时存在。然后，“去相干”作用保证它们在各自的量子分支里像传统理论那样演化下去。这就是关键之处：一个哈勃体积内不同量子分支（即第三层多重宇宙）演化出的分布结果与不同哈勃体积内同一个量子分支（即第一层多重宇宙）演化出的分布结果是毫无区别的。量子波动的该性质在统计力学中被称为“遍历性”。
同样的原理也可以适用在第二层多重宇宙。破坏对称性的过程并不只产生一个独一无二的结果，而是所有可能结果的叠加。这些结果之后按自己的方向发展。因此如果在第三层多重宇宙的量子分支中物理常数、时空维度等各不相同的话，那些第二层平行宇宙同样也将各不相同。
换句话说，第三层多重宇宙并没有在第一层和第二层上增加任何新东西，只是它们更加难以区分的复制品罢了－－同样的老故事在不同量子分支的平行宇宙间一遍遍上演。对Everett理论一度激烈的怀疑便在大家发现它和其他争议较少的理论实质相同之后销声匿迹了。
第三层和第一层区别的示意图
毫无疑问，这种联系是相当深层次的，物理学家们的研究也才处于刚刚起步阶段。例如，考察那个长久以来的问题：随着时间流逝，宇宙的数目会以指数方式暴涨吗？答案是令人惊讶的“不”。在鸟看来，全部世界就是由单个波函数描述的东西；在青蛙看来，宇宙个数不会超过特定时刻所有可区别状态的总数－－也即是包含不同状态的哈勃体积的总数。诸如行星运动到新位置、和某人结婚或是别的什么，这些都是新状态。在10^8开温度以下，这些量子状态的总数大约是10^(10^118)个，即最多这么多个平行宇宙。这是个庞大的数目，却很有限。
从青蛙的视点看，波函数的演化相当于从这10^(10^118)个宇宙中的一个跳到另一个。现在你正处在宇宙A－－此时此刻你正在读这句话的宇宙里。现在你跳到宇宙B－－你正在阅读另一句话那个宇宙里。宇宙B存在一个与宇宙A一摸一样的观测者，仅多了几秒中额外记忆。全部可能状态存在于每一个瞬间。因此“时间流逝”很可能就是这些状态之间的转换过程－－最初在Greg Egan在1994所着的科幻小说[Permutation City]中提出的想法，而后被牛津大学的物理学家David Deutsch和自由物理学家Julian Barbour等人发展开来。
第四层次：其他数学界构
虽然在第一、第二和第三层多重宇宙中初始条件、物理常数可能各不相同，但支配自然的基础法则是相同的。为什么要到此为止？为何不让这些基础法则也多样化？来个只遵守经典物理定律，让量子效应见鬼去的宇宙如何？想象一个时间像计算机一样一段一段离散地流逝，而非现在那样连续地流逝的宇宙？再想象一个简单的空心十二面体宇宙？在第四层多重宇宙里，所有这些形态都存在。
平行宇宙的终极分类，第四层。包含了所有可能的宇宙。
⑵ 求一张宇宙大爆炸的结构图
这个两个行吗？
至于大爆炸的原因，目前最合理的假说或理论是，我们的宇宙来自于一次宇宙大爆炸，在宇宙大爆炸之前，没有物质，没有空间，只有量子真空中的真空零点场。零点场不是没有能量，其中所含的能量叫真空零点能。它只是能量的最低状态。
是量子真空的不稳定（称为闵可夫斯基真空）导致真空能量实体化，分裂为物质和引力，才发生了宇宙大爆炸，产生出了物质，形成了我们现存的宇宙。而量子真空演化为闵可夫斯基真空时，是发生在一个点，这个点叫奇点。在大爆炸的推动下，宇宙自产生以来一直在膨胀，直到今天仍没有减慢的迹象。
在大爆炸发生时，真空零点能分裂为正、负能量。负能量回归真空零点场，正能量产生物质粒子。粒子衰变为正负粒子对，并随时湮灭。但由于宇称不守衡原理，正物质粒子比负粒子多10亿分之一。当正负粒子对完全湮灭后，有10亿分之一的正物质粒子剩余。正是这些多出来的正粒子，形成了氢、氦原子，并进一步形成元素周期表上的所有元素。
奇点的产生原因不明。
宇宙诞生之前只有真空零点场，没有物质、没有空间，时间概念也没有意义。
根据前苏联科学家（这个人叫亚力山大·弗里德曼）计算，真空零点能的能量密度可以达到10^94克/cm^3，远高于目前已发现的最高能量密度10^13克/cm^3（即原子核的能量密度），因此，按照E＝mc^2这个公式，一个点的能量已经足以形成我们的宇宙了。
⑶ 什么叫平行宇宙
平行宇宙是指从某个宇宙中分离出来，与原宇宙平行存在着的既相似又不同的其他宇宙。
在这些宇宙中，也有和我们的宇宙以相同的条件诞生的宇宙，还有可能存在着和人类居住的星球相同的、或是具有相同历史的行星，也可能存在着跟人类完全相同的人。
同时，在这些不同的宇宙里，事物的发展会有不同的结果：在我们的宇宙中已经灭绝的物种在另一个宇宙中可能正在不断进化，生生不息。
在20世纪50年代，有的物理学家在观察量子的时候，发现每次观察的量子状态都不相同。而由于宇宙空间的所有物质都是由量子组成。
所以这些科学家推测既然每个量子都有不同的状态，那么宇宙也有可能并不只是一个，而是由多个类似的宇宙组成。平行宇宙概念的提出，得益于现代量子力学的科学发现。
(3)量子级背景图片扩展阅读：
平行宇宙发展历程
公元前5世纪，德谟克利特就提出“无数世界”的概念，认为“无数世界”是原子通过自身运动形成的。他说：“原子在虚空中任意移动着，而由于它们那种急剧、凌乱的运动，就彼此碰撞了，并且，在彼此碰在一起时，因为有各种各样的形状，就彼此勾结起来，这样就形成了世界及其中的事物，或毋宁说形成了无数世界。”
公元前1世纪，卢克莱修指出，在我们这个“可见的世界”之外还存在着“其他的世界”，居住着“其他的人类和野兽的种族。”
公元前4世纪，伊壁鸠鲁表述了世界多元性的思想：“存在着无限多个世界，它们有的像我们的世界，有的不像我们的世界。”“在一切世界里，都有我们这个世界里所见到的动物、植物以及其他事物。”
⑷ 企业号星舰的各种型号
注册：星舰企业号 (XCV 330)（USSEnterprise(XCV 330)）
舰级：宣示级（Declaration，可能为杜撰）
服役：约2130年-2150年
舰长：未知
该船的图画可以在《星际旅行》和《星际迷航：进取号（星舰前传）》的场景背景中看到。 名称 地球星舰企业号 英文名 Enterprise 舷号 NX-01 型号 NX 级（企业级） 类型 探索船 服役时间 2151年－2161年 建造地点 地球轨道船坞 长度 225米 宽度 135.8米 高度 33.3米 质量 80,000公吨 载员 83人 巡航速度 曲速4.5级 最高速度 曲速5.2级 武器 12门固定基相位炮（原设计3门） 3管氘核空间鱼雷/光子鱼雷发射器 等离子炮 脉冲相位炮 防御 舰体极化 舰长 乔纳森·亚契上校（Cpt.Jonathan Archer）
地球联邦星际舰队的企业号，是《星际迷航：企业号》的主要设定。 在原初《星际旅行》影集第一到第六部电影中，出现了两艘以“联邦星舰企业号”（USSEnterprise）命名的星舰。
NCC-1701
名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701 型号 宪法级（Constitution class） 类型 重型巡洋舰 服役时间 2245年-2270年 建造地点 旧金山轨道船坞 长度 288.6米 宽度 127.1米 高度 72.6米 质量 190,000公吨 载员 203人 巡航速度 曲速6级 最高速度 曲速8级 武器 6座12门固定基相位炮 2管光子鱼雷发射器 防御 偏导能量护盾 舰长 罗伯特·阿普里尔上校（Cpt. Robert April） 克里斯多夫·派克上校（Cpt. Christopher Pike） 詹姆士·T·寇克上校（Cpt. James Tiberius Kirk） NCC-1701（改建后） 名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701 类型 重型巡洋舰 服役时间 2271年-2285年 建造地点 旧金山轨道船坞 长度 304.8米 宽度 141.7米 高度 71.3米 质量 210，000公吨 载员 450人 巡航速度 曲速8级 最高速度 曲速9级 武器 6座12门7型固定基相位炮 2管光子鱼雷发射器 防御 偏导能量护盾 舰长 威拉德·德克尔上校 （Cpt.Willard Decker） 詹姆斯·T·寇克少将（R. admiral James Tiberius Kirk） 斯波克上校(Cpt. Spock) 詹姆斯·T·寇克上校（Cpt. James Tiberius Kirk） 联邦星际舰队的第一艘企业号是原初《星际旅行》里寇克历史性五年任务（2265年－2270年）中的主要设定。在两年半后，重新改装过的企业号出现在《星际旅行：无限太空》以及《可汗怒吼》中，并在第三部《石破天惊》里自毁。
NCC-1701-A(原联邦星舰约克城号NCC-1717)
名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701-A 型号 宪法级改（Constitution class Refit） 类型 重型巡洋舰 服役时间 2286年－2293年 建造地点 旧金山轨道船坞 长度 304.8米 宽度 141.7米 高度 71.3米 质量 210，000公吨 载员 450人 巡航速度 曲速8级 最高速度 曲速9级 武器 6座12门7型固定基相位炮 2管型光子鱼雷发射器 防御 偏导能量护盾 舰长 詹姆斯·T·科克上校（Cpt. James Tiberius Kirk） 这艘船首次出现在第四部电影《抢救未来》的末尾，并是《终极先锋》和《迈入未来》的主要设定。该船在《迈入未来》结束时宣布退役。此后不再有正史给出更多的细节，尽管从模型包的文字上可以看到该船被封存在了Memory Alpha小行星的星舰博物馆中。在科克舰长的扮演者威廉·薛特纳所着小说《伊甸遗迹》（The Ashes of Eden）中，企业号-A后来被解除封存，并在防卫Chal星的战役中被摧毁。 NCC-1701-B
名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701-B 型号 精进级改（Excelsior class Refit） 类型 重型探测巡洋舰 服役时间 2293年－2329年 建造地点 旧金山轨道船坞 长度 467米 宽度 186米 高度 78米 质量 2,350,000公吨 载员 502人 巡航速度 曲速8级 最高速度 曲速9.5级 武器 8座16门8型固定基相位炮 4管光子鱼雷发射器 防御 偏导能量护盾 舰长 约翰·哈里曼（Cpt.John Harriman）
该船启航于《日换星移》之初，詹姆士·科克舰长在它的处女航中失踪。据一些《星际迷航》小说中所写，德莫拉·苏鲁继哈利曼之后成为该舰的舰长。企业号-B(NCC-1701-B)与企业号-C(NCC-1701-C)以及它们的船员曾短暂地在萤幕上出现过，而且也是口袋书店（Pocket Books）出版的一些受官方许可的非正史小说的主题。
NCC-1701-C
名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701-C 型号 大使级（Ambassador Class） 类型 重型巡洋舰 服役时间 2332年－2344年 长度 526米 宽度 325米 高度 124米 质量 3,710,000公吨 载员 530人 巡航速度 曲速6级 最高速度 曲速9级 武装 10个9型相位阵列炮 2管光子鱼雷发射器 防御 偏导能量护盾 舰长 瑞秋·格雷特上校（Cpt. Rachel Garrett） 理乍得·卡斯特罗中尉（Lt . junior Richard Castillo） 该舰是《下一代》一集《昨日的企业号》（Yesterday Enterprise）的主角星舰。根据另一集《赎还，下》中的对话可知，该船在从罗慕伦手中保卫纳伦德拉III星克林贡前哨站的战斗中被摧毁。幸存者中包括了塔莎·叶，平行时间线的她从《昨日的企业号》中来到了纳伦德拉III星那场战斗的时间里。 NCC-1701-D
名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701-D 型号 银河级（Galaxy class） 类型 探索型战列舰 服役时间 2363年－2371年 建造地点 火星乌托邦轨道站地面船坞 长度 641米 宽度 457.1米 高度 137.5米 质量 4,500,000公吨 载员 1014人 巡航速度 曲速6级 最高巡航速度 曲速9.2级 最高速度 曲速9.6级，续航12小时 理论最高速度 曲速9.8级，风险极大 武器 12条10型相位阵列炮，总输出量为5万兆瓦 3管连发式光雷器，备弹275发 反物质光雷 防御 偏导能量护盾，总容量270万兆焦 标准25mm硬铀钛合金双层外壳 次级钛铀舰壳 标准结构维持力场 最大输出功率 127,500,000,000万千瓦 舰长威廉·瑞克中校（Cmd. Willian Riker） 爱德华·杰利科上校（Cpt. Edward Jellico） 让-卢克·皮卡德上校（Cpt. Jean-Luc Picard）
企业号-D是企业家族中的第五艘，在24世纪中叶服役，由德高望重的让-卢克·皮卡德舰长指挥，在她短暂的八年航行生涯中，创造了前所未有的记录，从部分方面来讲，她的成就甚至超越了寇克舰长指挥第一艘企业号进行的五年任务，其中包括：与神秘的Q接触、第一次穿越银河系抵达宇宙的尽头——和思维世界交汇的地方、与博格人第一次接触、阻止克林贡内战的爆发、揭示联邦星舰天马号上的秘密、阻止一次将会摧毁宇宙的反时间异象……
2371年，由于受到克林贡内战遗存的叛乱者——杜拉斯姐妹偷袭，企业号-D坠毁在Veridian III星上。
NCC-1701-E
名称 联邦星舰企业号 英文名 United Space Ship Enterprise 舷号 NCC-1701-E 型号 元首级（Sovereign class） 类型 战列舰 服役时间 2372年－? 建造地点 旧金山轨道船坞 长度 685.2米 宽度 250.6米 高度 88.2米 甲板 24层 质量 3,205,000公吨 载员 1500人 巡航速度 曲速8级 最高巡航速度 曲速9.9级 最高速度 曲速9.99级，续航24小时 武装 12条相位阵列跑（改装前） 16条相位阵列跑（改装后） 1管高速量子鱼雷发射器，备弹50发 3管前置、6管后置光子鱼雷发射器，备弹300发 防御 自动变频偏导护盾系统，总容量5,377,500兆焦 舰长 让-卢克·皮卡德上校（Cpt. Jean-Luc Picard） 数据上校（Cpt.Data）【B-4唤醒记忆后】 编剧罗纳德·穆尔认为企业号-E的建造始于《星际迷航：下一代》的最后一季（2370年），并在进取号-D毁坏后被重新命名为“企业号”。非正史小说《Ship of the Line》则认为最初为此舰准备的名字是“奥诺利耳斯”（Honorius），而且初代企业号的轮机长蒙哥马利·斯科特也参与了进取号-E引擎的设计。
背景：《星际迷航VII：日换星移》与《星际迷航VIII：第一类接触》的共同编剧罗纳德·穆尔认为企业号-E的建造始于《星际迷航：下一代》的最后一季（2370年），并在企业号-D毁坏后被重新命名为“企业号”。非正史小说《Ship of the Line》则认为最初为此舰准备的名字是“奥诺卢斯”（Honorius），而且一代企业号的轮机长蒙哥马利·斯科特也参与了设计。
能力：一份设计者蓝图显示企业号在《星际迷航X：复仇女神》中换上了《星际迷航IX：起义》里没有的新式相位炮能源库与鱼雷发射器。在该图还可以看到舰体的曲速引擎舱被轻微地向前移动了一点。由《星际迷航》的技术顾问迈克尔·奥田撰写的《星际迷航：星舰图集》（Star Trek: Ships of the Line）中写道，进取号-E的最大速度是曲速9.985级。不过，这个能力还没有在2011年的官方电影中出现。在电影中出现的最快速度是《星际迷航X：复仇女神》里面的曲速8级。企业号-E还可以用舰桥上的“手摇驾驶杆”控制。它出现在《星际迷航IX：起义》里，由威廉·瑞克中校操作。 NCC-1701-F
注册：联邦星舰企业号（NCC-1701-F）
舰级：奥德赛级
服役：2409－？
舰长：未知（某安多利亚人）
企业号-F首次出现在《星际迷航》的配套大型网络游戏《星际迷航Online》中，并取代企业号-E成为25世纪星联的旗舰，右图中展示的是《星际迷航Online》中放出的概念图。
NCC-1701-J
注册：联邦星舰企业号 (NCC-1701-J)
舰级：天体级
服役：26世纪年间
舰长：未知
在《星舰前传》的一集“Azati主星”中，在时间旅行及一处场景中短暂出现。
企业号-J存在于一个可能版本的26世纪中，它的船员中包括了新地一族的成员。该船与其他联邦星舰组成了一个舰队，在Procyon Five的战斗中抵抗球体建造者。船员丹尼尔将强纳森·亚契从22世纪带到26世纪，因此亚契目击了这场战斗。亚契在回到22世纪后便寻求与新地人携手对抗早期的球体建造者。
企业号-J还出现在2005年的《星舰图集》（Ships of the Line）日历上，该日历列出了《星际迷航》系列这些年来各种星舰的图片，而在2006年出版的《星舰图集》（Ships of the Line）一书中也是这样。企业号-J还出现在《星际迷航杂志》（Star Trek Magazine）第一刊的《星舰图集》（Ships of the Line）海报上。 NCC-1701-D（改建后）
注册：联邦星舰企业号 (NCC-1701-D)
舰级：银河无畏级（Galaxy Dreadnought）
服役：2395年－？
舰长：威廉·瑞克
在《下一代》最终集“曲终人散”中的平行世界，企业号-D是完整无损的，并在2395年进行了大规模的改装。
银河级无畏舰是从银河级的基础上改进的强力战舰，除了额外的一个曲速引擎，她还在脊背上装备了两门巨型相位炮发射器和隐形装置。它也是唯一一艘装备决斗型主炮的联邦巡洋舰。
NCC-1701 (平行宇宙)
注册：联邦星舰企业号 (NCC-1701)
舰级：宪法级
服役：2245年－？
舰长：克里斯多夫·派克(Christopher Pike)、詹姆士·T·科克(James Tiberius Kirk)、斯波克(Spock)
在2009年 由J.J. Abrams执导/制作 的电影星际迷航(STAR TREK) 中，出现了另一艘编号为 NCC-1701 的星舰企业号，其外观与之前影集及电影中出现的 NCC-1701 不同，舰桥内的陈设也先进许多，逻辑上的推测为同一部电影中罗慕伦人(Romulan)尼罗(Nero)领导来自未来的巨大船舰攻击星舰开尔文号(U.S.S. KELVIN NCC-0514)的事件发生后，历史被改变，或许也迫使星际联邦为了因应将来可能面对如此强大的敌人，在星舰的设计上必须变得更为先进，才出现另一个版本的 NCC-1701 企业号。在这部电影中 NCC-1701 首航即被派往瓦肯星执行救援任务，首位舰长为 克里斯多夫·派克，在遭遇尼罗后派克舰长被迫前往敌舰前，将舰长职位交给年轻的斯波克，并且指定年轻的科克为副舰长(First Officer)，而科克则在来自未来的老年斯波克的建议下，故意引发年轻斯波克激烈的情绪反应，取代成为代理舰长，并且带领企业号的组员击退尼罗拯救地球。
⑸ 宇宙中会存在一个最小的距离尺度吗
当我们考虑时空的概念时，我们通常将空间想象成三维的网格，这无疑是一种过度简化的框架。但时空到底是离散还是连续的呢？是否存在一个最小的可能长度呢？
100多年前，物理学家普朗克（Max Planck）提出，引力常数G、普朗克常量?、真空中的光速 c 这三个常数可以组合得到普朗克长度。一旦超越普朗克长度的极限，我们现有的物理学定律都将失效。而量子引力理论则试图在普朗克尺度附近，将广义相对论与量子力学结合起来，从而准确地描述我们所在的宇宙。
如果要想了解宇宙是如何运作的，我们就必须从基本层面来进行研究。因为宏观物体是由粒子组成的，而粒子只能在亚原子尺度上进行探测。为了研究宇宙的属性，我们必须在尽可能小的尺度上观察最小的构件。只有了解了它们在基本层面上的性质，我们才有可能了解它们如何组合起来创造出我们所熟悉的人类尺度的宇宙。
但是我们对小尺度宇宙的认识不能延伸到任意小的距离尺度。一旦小于10^-35米，即普朗克距离尺度，那么传统的物理定律就不再有意义。但为什么一旦小于某个长度范围，我们就不能给出任何有物理意义的结论呢？下面我们将回答这个问题。
量子引力试图将爱因斯坦的广义相对论与量子力学结合起来。经典引力的量子修正在图中绘制为白色的圈图。空间（或时间）本身是离散的还是连续的，引力是否是量子化的，我们所知的粒子是否是基本的，这些问题都还没有定论。但如果我们想得到一个基本的万物理论，那么它必须包括量子化场。| 图片来源：美国SLAC国家加速器实验室
在足够高的能量下，或者在足够小的距离下，或者在足够短的时间内，我们所知的物理定律会失效。我们用来进行量子计算的空间背景曲率是不可靠的，不确定性关系使得不确定性比我们所能做出的任何预测都要大。我们所知的物理学不再适用，这就是我们所说的“物理定律失效”的意思。
但也许还有一个办法可以解决这个难题。有一个早已提出——实际上是从海森堡开始——的想法提供了一个解决方案：也许空间本身存在一个基本的最小长度。
没有任何类型的物质、能量或曲率的平坦空间的一种表示。如果这个空间本质上是离散的，就意味着宇宙有一个最小长度。至少在理论上，我们应当能设计一个实验来揭示这种特性。
当然，一个有限的最小长度自身就会产生一系列问题。在爱因斯坦的相对论中，你可以想象在任何地方放一把尺子，它应当会根据你相对它的移动速度而变短。如果空间是离散的，并且有一个最小长度，那么不同的观察者——也就是说，以不同速度移动的人们——彼此之间将会测量到不同的基本长度！
这有力地表明，存在一个“特权”参照系，在其中以某个速度穿过空间将有最大的可能长度，其他所有的都会短一些。这意味着我们现在认为是基本的一些东西，例如洛伦兹不变性或定域性，肯定是错误的。同样，离散化的时间也给广义相对论带来了很大的问题。
不过，可能真有一种方法能测试是否存在一个最小长度。物理学家雅各布·贝肯斯坦（Jacob Bekenstein）在去世前三年提出了一个绝妙的实验构想。如果让一个光子穿过晶体，会使得晶体移动一点点。
由于光子的能量可以（连续）调节，而且与光子的动量相比，晶体的质量可以非常大，因此，我们可以检测晶体是以离散的“步”移动还是连续移动。对于足够低能量的光子，如果空间是量子化的，晶体要么移动一个量子步，要么完全不移动。
时空结构中，质量所导致的波纹和变形。然而，虽然在这个空间中发生了许多事情，但这个空间本身并不需要被分解成单个的量子。|图片来源：Lionel Bret，欧洲引力天文台，EUROLIOS
目前还无法得知，在距离尺度小于 10^-35米的情况下会发生什么，也无法得知，在时间尺度小于 10^-43秒的情况下会发生什么。这些值是由支配我们宇宙的基本常数设定的。在广义相对论和量子物理学的背景下，如果超越这些极限，从我们的方程中就只能得出毫无意义的结论。
也许引力的量子理论会揭示出在超越这些极限时宇宙的性质，也许关于时空本性的一些基本范式的转变会向我们展示一条新的前进道路。然而，如果基于我们目前所知来进行计算，那么在距离和时间上，就无法低于普朗克尺度。这方面可能会有一场革命，但目前还没有迹象告诉我们革命会发生在哪里。
⑹ 首张黑洞照片和与霍金、爱因斯坦、史瓦西等有什么关系
霍金虽然在黑洞研究上做了许多探索，也取得不少科学界公认的成就，但第一张黑洞照片真得与霍金关系不大。
为什么呢？下面我们就来讨论一下。
1916年，史瓦西通过对《广义相对论》引力场方程的研究，认为如果将大量物质集中在空中一点，其周围就会产生奇异现象，即在质点周围形成一个界面~“视界”，任何物质一旦进入了这个界面，就无法逃逸，连光也不例外。
史瓦西通过数学方程，得到了爱因斯坦引力场方程的真空解，这个解明确了质量与“视界”半径的关系，后来人们把它叫做“史瓦西半径”。
史瓦西半径计算公式为：R=2GM/C
式中，R为史瓦西半径值，单位米（m）；G为引力常量，取值6.67×10^-11N·m/kg；M为天体质量，单位千克（kg）；C为光速，单位米/秒（m/s）。
爱因斯坦和史瓦西都没有对这种天体命名。一直到1969年，美国物理学家约翰·阿奇博尔德·惠勒在一次会议上，对这种天体使用了“黑洞”一词，从此“黑洞”开始在全世界传播，变成了这种天体的通用名词。
黑洞从此“风靡”世界。
在黑洞研究方面，钱德拉塞卡、奥本海默、霍金等科学家也作出了很多贡献。
1970年，美国“自由”号人造卫星观测到了一个与其他射电源不同的天鹅座X-1，一个比太阳质量大30多倍的蓝巨星，竟被一个重约10倍太阳质量的看不见物体牵引着，研究认为这个看不见物体就是黑洞，这被认为是人类发现的首个黑洞。
后来科学家们发现越来越多的黑洞，但都是只能通过引力现象和射电源探测到，却看不见，难窥真容。
⑺ 单晶和多晶有图片区别吗
很多取向不同而机遇的单晶颗粒可以拼凑成多晶体. 也就是说多晶体是由单晶体组成的。
所谓单晶(monocrystal, monocrystalline, single crystal)，即结晶体内部的微粒在三维空间呈有规律地、周期性地排列，或者说晶体的整体在三维方向上由同一空间格子构成，整个晶体中质点在空间的排列为长程有序。单晶整个晶格是连续的，具有重要的工业应用。由于熵效应导致了固体微观结构的不理想，例如杂质，不均匀应变和晶体缺陷，有一定大小的理想单晶在自然界中是极为罕见的，而且也很难在实验室中生产。另一方面，在自然界中，不理想的单晶可以非常巨大，例如已知一些矿物，如绿宝石，石膏，长石形成的晶体可达数米。
晶体简介
晶体概念
自然界中物质的存在状态有三种：气态、液态、固态
固体又可分为两种存在形式：晶体和非晶体
晶体是经过结晶过程而形成的具有规则的几何外形的固体；晶体中原子或分子在空间按一定规律周期性重复的排列。
性质
均 匀 性： 晶体内部各个部分的宏观性质是相同的。
各向异性： 晶体中不同的方向上具有不同的物理性质。
固定熔点： 晶体具有周期性结构，熔化时，各部分需要同样的温度。
规则外形： 理想环境中生长的晶体应为凸多边形。
对 称 性： 晶体的理想外形和晶体内部结构都具有特定的对称性。
分类
对晶体的研究，固体物理学家从成健角度分为
离子晶体
原子晶体
分子晶体
金属晶体
显微学则从空间几何上来分，有七大晶系，十四种布拉菲点阵，230种空间群，用拓扑学，群论知识去研究理解。可参考《晶体学中的对称群》一书 （郭可信，王仁卉着）。
晶粒
晶粒是另外一个概念，首先提出这个概念的是凝固理论。从液态转变为固态的过程首先要成核，然后生长，这个过程叫晶粒的成核长大。晶粒内分子、原子都是有规则地排列的，所以一个晶粒就是单晶。多个晶粒，每个晶粒的大小和形状不同，而且取向也是凌乱的，没有明显的外形，也不表现各向异性，是多晶。英文晶粒用Grain表示，注意与Particle是有区别的。
有了晶粒，那么晶粒大小（晶粒度），均匀程度，各个晶粒的取向关系都是很重要的组织（组织简单说就是指固体微观形貌特征）参数。对于大多数的金属材料，晶粒越细，材料性能（力学性能）越好，好比面团，颗粒粗的面团肯定不好成型，容易断裂。所以很多冶金学家材料科学家一直在开发晶粒细化技术。
科学总是喜欢极端，看得越远的镜子叫望远镜；看得越细的镜子叫显微镜。晶粒度也是这样的，很小的晶粒度我们喜欢，很大的我们也喜欢。最初，显微镜倍数还不是很高的时候，能看到微米级的时候，觉得晶粒小的微米数量是非常小的了，而且这个时候材料的力学性能特别好。人们习惯把这种小尺度晶粒叫微晶。然而科学总是发展的，有一天人们发现如果晶粒度再小呢，材料性能变得不可思议了，什么量子效应，隧道效应，超延展性等等很多小尺寸效应都出来了，这就是现在很热的，热得不得了的纳米，晶粒度在1nm-100nm之间的晶粒我们叫纳米晶。
准晶
准晶体的发现，是20世纪80年代晶体学研究中的一次突破。这是我们做电镜的人的功劳。1984年底，D.Shechtman等人宣布，他们在急冷凝固的Al Mn合金中发现了具有五重旋转对称但并无平移周期性的合金相，在晶体学及相关的学术界引起了很大的震动。不久，这种无平移同期性但有位置序的晶体就被称为准晶体。后来，郭先生一看，哇，我们这里有很多这种东西啊，抓紧分析，马上写文章，那段金属固体原子像的APL,PRL多的不得了，基本上是这方面的内容。准晶因此也被D.Shechtman称为“中国像”。
一般晶体不会有五次对称，只有1，2，3，4，6次旋转对称。所以看到衍射斑点是五次对称的，10对称的啊，其他什么的，可能就是准晶。
孪晶
英文叫twinning，孪晶其实是金属塑性变形里的一个重要概念。孪生与滑移是两种基本的形变机制。从微观上看，晶体原子排列沿某一特定面镜像对称。那个面叫孪晶面。很多教科书有介绍。一般面心立方结构的金属材料，滑移系多，易发生滑移，但是特定条件下也有孪生。加上面心立方结构层错能高，不容易出现孪晶，曾经一段能够在面心立方里发现孪晶也可以发很好的文章。前两年，马恩就因为在铝里面发现了孪晶，在科学杂志上发了篇论文。卢柯去年也因为在纳米铜里做出了很多孪晶，既提高了铜的强度，又保持了铜良好导电性（通常这是一对矛盾），也在科学杂志上发了篇论文。
单晶制备方法
单晶生长制备方法大致可以分为气相生长、溶液生长、水热生长、熔盐法、熔体法。最常见的技术有提拉法、坩埚下降法、区熔法、定向凝固法等；
目前除了众多的实际工程应用方法外，借助于计算机和数值计算方法的发展，也诞生了不同的晶体生长数值模拟方法。特别是生产前期的分析和优化大直径单晶时[1] ，数值计算尤为重要。
一、挥发法
原理：依靠溶液的不断挥发，使溶液由不饱和达到饱和过饱和状态[2] 。
条件：固体能溶解于较易挥发的有机溶剂理论上，所有溶剂都可以，但一般选择60～120℃[2] 。
注意：不同溶剂可能培养出的单晶结构不同方法：将固体溶解于所选有机溶剂，有时可采用加热的办法使固体完全溶解，冷却至室温或者再加溶剂使之不饱和，过滤，封口，静置培养[2] 。
二、扩散法
原理：利用二种完全互溶的沸点相差较大的有机溶剂。固体易溶于高沸点的溶剂，难溶或不溶于低沸点溶剂。在密封容器中，使低沸点溶剂挥发进入高沸点溶剂中，降低固体的溶解度，从而析出晶核，生长成单晶。液体等。一般选难挥发的溶剂，如DMF,DMSO,甘油甚至离子[2] 。
条件：固体在难挥发的溶剂中溶解度较大或者很大，在易挥发溶剂中不溶或难溶。经验：固体在难挥发溶剂中溶解度越大越好。培养时，固体在高沸点溶剂中必须达到饱和或接近过饱和[2] 。
方法：将固体加热溶解于高沸点溶剂，接近饱和，放置于密封容器中，密封容器中放入易挥发溶剂，密封好，静置培养[2] 。
三、温差法
原理：利用固体在某一有机溶剂中的溶解度，随温度的变化，有很大的变化，使其在高温下达到饱和或接近饱和，然后缓慢冷却，析出晶核，生长成单晶。一般，水，DMF,DMSO,尤其是离子液体适用此方法。条件：溶解度随温度变化比较大。经验：高温中溶解度越大越好，完全溶解。推广：建议大家考虑使用离子液体做溶剂，尤其是对多核或者难溶性的配合物[2] 。
四、接触法
原理：如果配合物极易由二种或二种以上的物种合成，选择性高且所形成的配合物很难找到溶剂溶解，则可使原料缓慢接触，在接触处形成晶核，再长大形成单晶。一般无机合成，快反应使用此方法[2] 。
方法：1.用U形管，可采用琼脂降低离子扩散速度。2.用直管，可做成两头粗中间细。3.用缓慢滴加法或稀释溶液法（对反应不很快的体系可采用）4.缓慢升温度（对温度有要求的体系适用）经验：原料的浓度尽可能的降低，可以人为的设定浓度或比例。0.1g～0.5g的溶质量即可[2] 。
五、高压釜法
原理：利用水热或溶剂热，在高温高压下，是体系经过一个析出晶核，生长成单晶的过程，因高温高压条件下，可发生许多不可预料的反应。方法：将原料按组合比例放入高压釜中，选择好溶剂，利用溶剂的沸点选择体系的温度，高压釜密封好后放入烘箱中，调好温度，反应1～4小时均可。然后，关闭烘箱，冷至室温，打开反应釜，观察情况按如下过程处理：1.没有反应——重新组合比例，调节条件，包括换溶剂，调pH值，加入新组分等。2.反应但全是粉末，且粉末什么都不溶解，首先从粉末中挑选单晶或晶体，若不成，A：改变条件，换配体或加入新的盐，如季铵盐，羧酸盐等；B:破坏性实验，设法使其反应变成新物质。3.部分固体，部分在溶液中:首先通过颜色或条件变化推断两部分的大致组分，是否相同组成，固体挑单晶，溶液挥发培养单晶，若组成不同固体按1或2的方法处理。4.全部为溶液——旋蒸得到固体，将固体提纯,将主要组成纯化，再根据特点接上述四种单晶培养方法培养单晶[2] 。
单晶和多晶区别
单晶硅和多晶硅的区别是，当熔融的单质硅凝固时,硅原子以金刚石晶格排列成许多晶核，如果这些晶核长成晶面取向相同的晶粒，则形成单晶硅。如果这些晶核长成晶面取向不同的晶粒，则形成多晶硅。多晶硅与单晶硅的差异主要表现在物理性质方面。例如在力学性质、电学性质等方面，多晶硅均不如单晶硅。多晶硅可作为拉制单晶硅的原料。单晶硅可算得上是世界上最纯净的物质了，一般的半导体器件要求硅的纯度六个9以上。大规模集成电路的要求更高，硅的纯度必须达到九个9。目前，人们已经能制造出纯度为十二个9的单晶硅。单晶硅是电子计算机、自动控制系统等现代科学技术中不可缺少的基本材料[3] 。
多晶硅的生产工艺主要由高纯石英（经高温焦碳还原）→工业硅（酸洗）→硅粉（加HCL）→SiHCL3（经过粗馏精馏）→高纯SiHCL3（和H2反应CVD工艺）→高纯多晶硅[3] 。
市场优势
统计数据显示，2013年全球单晶装机约8.5-9GW，占全球光伏装机的22%-23%，相比2012年占比基本维持平稳。但是，如果不考虑中国市场主要使用多晶拉低了整体水平的因素，则单晶占比超过30%，相比2012年25%左右的水平明显提升。
日本和美国是支撑去年单晶需求的两大主要市场。在日本，受益于高电价补贴政策，2013年光伏装机大幅增长，全年装机7.5GW，同比增长204%。其中，单晶装机2.48GW，同比增长130.43%。美国方面，2013年实现装机4.75GW，同比增长41.02%，单晶约占总装机量的31%。
业内人士介绍，在分布式光伏发电上，使用单晶的优势十分突出。“比如建相同功率的电站，单晶使用的电池片更少，这就降低了安装、调试、配件等非组件成本。所以在非组件成本占整体电站成本比例高的地方，一般会选用单晶。比如日本，非组件成本比中国高两倍，所以电站建造过程中主要目的是降低非组件成本，而不是组件成本。”上述电站投资人表示。
此外，由于分布式光伏电站都是建立在面积有限的屋顶，在单位面积上能够发出更多的电将直接决定屋顶电站的收益，因此在单位面积上效率更高的单晶电池将更具有吸引力。
随着去年国家有关分布式光伏发电上网补贴价格正式落地，分布式光伏发电的发展骤然升温。
今年1月，国家能源局公布今年国内光伏新增装机目标为14GW，其中分布式光伏电站为8GW、地面电站6GW，正式宣告我国分布式光伏发电应用的大规模启动。
吴新雄日前在嘉兴分布式光伏会议上表示，年初已将2014年新增备案规模下达到各地区，各地方要加大执行力度，力争全年光伏发电新增并网容量达到13GW以上。
与此同时，今年政府持续出台了多项政策支持分布式光伏的发展，尤其是近期国家能源局发布的《关于进一步落实分布式光伏发电有关政策的通知》，将有望带动国内分布式光伏发电的快速发展。
国内光伏终端市场主要以西部地区大型地面电站为主，存在大规模开发就地消纳困难和电力长距离输送损耗较高等问题，而中、东部地区发展分布式光伏发电，易于就地消纳，且网购电价高、度电补贴需求低，应用推广的经济性更高，因此，大力推进分布式光伏发电是拓展国内光伏市场的有效途径。
单晶数值模拟
工程背景：
1、提拉法[4]
2、定向凝固法[5]
3、区熔法[6]
涉及到的问题：
1、传热、传质、湍流、热辐射等[7] ；
2、准稳态、动态问题；
3、存在急剧扩散、粘性、辐射、热边界层问题；
4、缺陷预测等[8] ；
数学模型：
热流和掺杂物的输运由动量守恒、能量守恒和质量守恒方程描述。
提拉法数值模拟
⑻ 科学家们如何证明暗物质的存在
此时悟空在天上一刻不停得找寻暗物质，但是在上个世纪的很长一段时间里，人们并没能成果证明暗物质的存在。常说，“眼见为实”，那么科学家为什么认为不可见的暗物质是存在的呢？
来自两大领域的证据
自茨威基二十世纪30年代发现并命名“暗物质”后，直到二十世纪70年代，证明暗物质存在的研究才真正取得进展。为什么在长达四十年的时间里，暗物质研究都没有进展呢？
当时，天文学家刚刚意识到星系是由恒星组成的巨型集合体。茨威基观测后发座星系团时，对爱因斯坦理论的验证刚刚起步，首次宇宙测量正在进行，核物理学家刚刚开始发展解释大爆炸和超新星的理论。星系复杂而遥远，暗物质问题没有立即引起天文学家的关注，也不足为奇。
二十世纪70年代早期，技术、天文学和粒子物理的进步为暗物质研究奠定了基础。广义相对论和核物理在关于早期宇宙的大爆炸理论中“携手”，更大的望远镜和更精准灵敏的光探测器提升了天文观测的速度和质量，微型计算机的降价使从事物理和天文研究的机构有能力购进用于天文计算的高性能计算机。各领域的进步都为拉开暗物质综合研究的序幕做好了准备。不久，两个重要的研究“应运而生”，来自计算机模拟和天文学观测的证据再次证明宇宙中存在暗物质。
1973年，供职于普林斯顿大学的天文学家欧斯垂克（Jeremiah Ostriker）和皮伯斯（James Peebles）使用数值模拟研究星系演化。他们应用多体数值模拟（N-body simulation）将300个质点编入计算机程序，以此代表一个星系中围绕中心点转动的恒星群。在他们模拟的星系中，靠近中心处的质点较多，边缘处的质点较少。模拟运行时，程序通过牛顿定律计算每对质点之间的引力，显示出质点在短时间内如何运动。通过多次计算，欧斯垂克和皮伯斯能够“追踪”星系中所有质点在长时间内的运动情况。
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⑼ 量子隐形衣的原理
隐身衣即是具有隐身效果的“衣服”，穿上它的物体将无法被肉眼、雷达等观察或探测到。
人能看到物体，是由于物体会将照射到表面的光线分散开，反射到人的眼睛里。而隐身衣的原理正是减少光线的反射，同时又要减少物体的影子。隐身衣的制作材料能够吸收特定的光线，造成物体只有反射出微弱的光，而人的肉眼无法感受较微弱的光线，这就造成了物体像不存在一样。
加拿大“超隐形生物科技”公司在接受美国有线新闻网采访时，首次宣布了他们这一令人难以置信的“隐形外衣”发明。据该公司的CEO盖伊·克莱默声称，“隐形外衣”的正式名称为“量子隐形伪装面料”，是该公司经过多年秘密研究后的高科技成果——这种神奇面料能使周围光线弯曲，从而使被它覆盖的人处于完全隐身状态！ 出于保密原因，“超隐形生物科技”公司拒绝向媒体提供“隐形面料”实际样品的应用效果，只在其官方网站上发布了几张通过电脑软件PS出来的“模拟效果图”。从这些“模拟效果图”来看，这一“隐形面料”的隐身效果可谓惊人——当一名女子盖着它趴在枯草地上时，它的表面也变成了枯草，和周围融为一体；而当这名女子分别站在走廊墙壁、灌木前时，“隐形面料”的表面又逼真地变成了墙壁和灌木图案，令该女子的身体神奇地消失！