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[惊悚，恐惧，讨论] 地球古气候、厄尔尼诺、遥相关、万有引力，地球和宇宙的未来结局

   今年暑假期间，学习了“2023年暑期教师研修”里“科学素养提升”里的《理解宇宙02》。对我们的大宇宙的结局有点好奇。

一、《三体》的宇宙结局“死神永生”是真的？

https://wuli.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7693/wl20150610

   武院士说：

   “宇宙未来会怎么样？”“宇宙的未来有两种结果：如果宇宙中物质比较多，引力比较强，就会阻止膨胀，甚至会收缩，收缩过程中宇宙温度升高，这时万物会被烧死；相反如果宇宙没有那么多物质，就会永远地膨胀下去，温度会越来越低，万物最终都会被冻死。”

   但是，包含了全部暗物质在内的宇宙平均密度也只达到27%的临界值，故仍然不足以使得宇宙封闭——有朝一日停止膨胀而收缩回来。此刻，我们很茫然，如果在宇宙中再找不到其他的物质成分，我们就只能眼睁睁地看着宇宙永无止境地膨胀下去，人类就只能“冻”死在温度逐步降低的冰冷宇宙中。看来，我们真的别无选择！

   经过三十多年的努力，天文学家终于给出了所谓宇宙微波背景辐射角功率谱的精准测量，得出的结论使得我们多少有点惊奇：宇宙的宏观几何形式是平坦的(Ω_k=0)，三角形内角之和正好等于 180°。于是，宇宙将永远膨胀下去。

   《中国大百科全书》词条“宇宙的未来/future of the universe”里说：

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=179807&Type=bkzyb&SubID=87498

   根据推测的宇宙学模型，宇宙的终极命运处于“大冻结”和“大撕裂”的边缘。

   宇宙更加“终极”的未来，则与暗能量的细节密切相关。对于宇宙学常数主导的宇宙，宇宙最终将会趋向于德西特空间（或包含一个黑洞的德西特-施瓦西空间）：哈勃参数趋于不变，宇宙的未来具有一个面积趋于稳定的事件视界，宇宙内部与事件视界终将趋于热平衡。这个热平衡的温度极低，约 10^-30 开。所以这样的宇宙命运称为大冻结。

   如果暗能量使宇宙比宇宙学常数情况膨胀更慢，则宇宙最终不会出现热平衡状态，而是温度无限降低的大冻结状态（所以，宇宙学常数主导的宇宙是大冻结的边界情况）。

   而如果暗能量使宇宙比宇宙学常数情况膨胀更快，则宇宙的事件视界随时间收缩。如果这样的收缩持续下去，宇宙将最终撕裂一切，包括星系、星球以及分子、原子。这样的宇宙命运称为大撕裂。

   《中国大百科全书》词条“暗能量/dark energy”里说：

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=59657&Type=bkzyb&SubID=62047

   暗能量的本质决定着宇宙的命运。如果加速膨胀是由真空能引起的，那么宇宙将永远延续这种加速膨胀的状态。如果导致当今宇宙加速膨胀的暗能量是动力学的话，那么宇宙的未来将由暗能量场的动力学性质来决定，有可能会永远加速膨胀下去，也有可能重新进入减速膨胀的状态，甚至可能收缩，特别是在精灵暗能量框架下，宇宙将有可能是膨胀、收缩、再膨胀再收缩，循环往复的。

   看来，主流观点：宇宙的终极命运处于“大冻结”和“大撕裂”的边缘。差不多就是《三体3：死神永生》。

二、修改“万有引力定律”，是避免“宇宙死亡”的手段之一

   是武向平院士说的。在“2023年暑期教师研修”里“科学素养提升”里的《理解宇宙02》。

三、现在的牛顿万有引力定律到底对不对？

   [小资料] 爱因斯坦广义相对论并不是当今存在的唯一引力理论

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1346962.html

四、古气候、古厄尔尼诺-南方涛动、米兰科维奇理论

   米兰科维奇理论认为，地球天气受到地球公转轨道偏心率、黄赤交角和岁差的影响。

   该理论已经被初步证实。尽管存在新的疑问。

   定量计算“地球公转轨道偏心率、黄赤交角和岁差”等，需要太阳系内准确的引力理论。可惜现在还没有足够的成功证据。

五、地球古气候与万有引力定律

   这是改进牛顿万有引力定律的一种可能的科学途径。

古气候 → 地球运动的古代参数 → 更准确的引力理论 → 我们大宇宙的未来

   基尔比（Jack St. Clair Kilby）在2000-12-08 的诺贝尔演讲（Nobel Lecture）里写到：

   Charles Townes won the Nobel Prize for his work in laser technology, and he summed up how I feel. Townes said, "It's like the beaver told the rabbit as they stared at the Hoover Dam. 'No, I didn’t build it myself. But it’s based on an idea of mine!'"

https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2000/kilby/lecture/

   查尔斯·汤斯（Charles Hard Townes）因其在激光技术方面的工作获得了诺贝尔奖，他总结了我的感受。汤斯说：“这就像海狸盯着胡佛大坝对兔子说。‘不，它不是我自己亲自建造的。但它基于我的想法！’”

   上面是在诺贝尔奖官网找到的基尔比的原话。

参考资料：

[1] 武向平. 天文学中的暗物质和暗能量问题之由来和困惑[J]. 物理，2015, 44(06): 411-417.

doi:  10.7693/wl20150610

https://wuli.iphy.ac.cn/cn/article/doi/10.7693/wl20150610

[2] 2022-01-20，宇宙的未来/future of the universe/王一，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=179807&Type=bkzyb&SubID=87498

   根据推测的宇宙学模型，宇宙的终极命运处于“大冻结”和“大撕裂”的边缘。

[3] 2022-11-09，暗能量/dark energy/潘启沅、张新民，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=59657&Type=bkzyb&SubID=62047

[4] 2023-06-09，暗能量/dark energy/赵公博，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=180078&Type=bkzyb&SubID=87507

[5] Ramin Skibba. Crunch, rip, freeze or decay — how will the Universe end? [J]. Nature, 2020, 584(7820): 187.

doi:  10.1038/d41586-020-02338-w

https://www.nature.com/articles/d41586-020-02338-w

[6] 武夷山，2023-09-15，一起来观察暮色降临吧

https://blog.sciencenet.cn/blog-1557-1402703.html

[7] 2022-01-20，古气候定量重建/quantitative reconstruction of paleoclimate/羊向东，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=22288&Type=bkzyb&SubID=78204

   进一步查明各种替代指标现代过程的物理机理，通过整合区域数据库获得更大空间上显著气候环境梯度的信息，对不同指标定量结果互检，从野外调查、实验室培养观测等多途径对转换函数数理模型进行改进，尽可能降低定量重建误差和不确定性，是古气候定量研究的必然趋势。

[8] 2022-12-23，古厄尔尼诺-南方涛动/Paleo-El Nino-South Oscillation/程军，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=481032&Type=bkzyb&SubID=78204

   高分辨率的珊瑚记录表明，ENSO年际变率在最近的13万年中是气候系统一个普遍的现象，但其幅度在冰期期间较现在偏弱。冰期弱ENSO与低海温及低海面高度有关。这些古ENSO现象的认知与20世纪后半叶ENSO变率随全球增暖增强的观测事实相一致，为未来持续增暖下ENSO演变的预测提供了参考。

[9] 2023-05-12，米兰科维奇理论/milankovitch theory/鹿化煜，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=480966&Type=bkzyb&SubID=78211

   然而，随着地质样品定年精确度的提高、大量高分辨率气候记录的获得，传统的米兰科维奇理论并不能圆满解释所有观测事实，其全球耦合过程的研究正面临新的挑战和机遇。

   问题与争议

   单一敏感区触发机制

   10万年周期问题

[10] 2023-03-16，米兰科维奇理论/Milankovitch theory/方修琦，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=633824&Type=bkzyb&SubID=248202

   米兰科维奇理论虽然比较成功地解释了第四纪冰期-间冰期的变化，但仍存在不少问题。首先，它不能解释冰期建立的机制，即为什么冰期出现在第四纪而不发生在始新世或上新世等其他时期，因此第四纪冰期的建立可能还受到更长尺度的因素作用。其次，从计算结果来看，地球轨道参数变化导致的大气层顶辐射的小幅变化本身所直接引起的气候变化比地球上实际发生的全球变化的幅度小得多，因此在地球轨道参数变化与全球变化之间必然存在一系列的反馈机制，使得由地球轨道参数变化所引起的变化被放大。再次，传统的米兰科维奇理论也难以解释第四纪气候变化的若干重要现象：①古气候变化记录中以10万年为主要周期，但在地球参数变化此周期范围内所导致的辐射变化并不显著（10万年问题）。②最显著的冰期-间冰期转换发生在轨道参数变化很小的时期（11阶段问题）。③距今80万年前后气候变化的主周期由4.1万年变为10万年，但地球轨道参数并未发生变化（更新世晚期主周期转换问题），需要把轨道驱动与地球系统内部反馈机制结合起来考虑。

[10] 2023-06-04，水星近日点进动问题/problem of the advance of Mercury’s perihelion/童傅，中国大百科全书，第三版网络版[DB/OL]

https://www.zgbk.com/ecph/words?SiteID=1&ID=72442&Type=bkzyb&SubID=87321

   但是，这里仍存在两个问题：首先，根据牛顿定律，水星近日点应有每世纪 Δω_N = 5557.62 角秒的进动，其中的 90％ 是由坐标系的岁差引起，其余的部分是由其他行星，特别是金星、地球和木星的摄动引起的；而实际观测值为 Δω_N = 5600.73 角秒，二者相减得每世纪 43.11 角秒。因此，岁差常数的任何微小变动，如有万分之一的变动，都会直接影响到对广义相对论的验证，而这种变化是完全可能的。其次，影响水星近日点进动的因素很多，任何一个微小的因素，如太阳的扁率，对它都有直接影响。因此，这个问题尚需继续研究。

[11] 科普中国，2023-10-12，《三体》预言成真？银河系或正在丢失暗物质

https://www.kepuchina.cn/article/articleinfo?business_type=100&classify=0&ar_id=445162

   盖亚太空望远镜绘制了银河系18亿颗恒星的天文图，研究人员据此估计银河系的总质量仅为太阳的2000亿倍，而此前的估计值约为8900亿倍到1万亿倍太阳质量。

相关链接：

[1] 2023-10-15，[打听，观察，讨论] “东亚-太平洋型”遥相关与地形相关吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1406023.html

[2] 2022-07-12，[小资料] 爱因斯坦广义相对论并不是当今存在的唯一引力理论

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1346962.html

[3] 2023-10-12，[小资料，图片] 胡佛水坝（Hoover Dam）（关联 Jack St. Clair Kilby 的诺贝尔演讲）

https://wap.sciencenet.cn/blog-107667-1405716.html  

[4] 20220-09-29，统一场：爱因斯坦是“超级冤大头”吗？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1357360.html

[5] 2023-07-12，[惊悚、惊喜] 原来我才是“最主流”：反思麦克斯韦经典电磁理论

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395113.html

[6] 2023-08-08，[？] “反思麦克斯韦经典电磁理论”有什么用？

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1398311.html

[7] 2023-07-14，“电磁学的实验再检验”：经典电磁学实验当代再检验的起因、意义要点

https://blog.sciencenet.cn/blog-107667-1395251.html

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