太空图像清晰的背后

中原

太空图像清晰的背后

施牧/文

清晰的风景画让我们赏心悦目，清晰的图片会告诉我们更多的细节信息，于是摄影者们总是力求拍到最清晰的图片。太空望远镜同样有这样的追求，清晰的宇宙图片才能展示给我们更准确的天体状态以及分布情况。但是，清晰的宇宙图片一方面需要我们有非常精密的望远镜和照相机，另一方面宇宙图景本身要清晰。
例如，哈勃太空望远镜就是这样一部精密的太空观测眼，可以拍到遥远的宇宙深处的星系分布。我们所看到的哈勃太空图片都是非常清晰的，对此我们已经司空见惯，顶多也就是感叹哈勃望远镜的精密程度。可是在这些司空见惯的清晰图片中，科学家看出了问题：为什么这些图片都是非常清晰的？为什么没有一张是模糊一点的？

图像清晰不容易

这样提问，并不是科学家要钻牛角尖。经常摄影的人都知道，相机的像素再高，调焦能力再强，如果图景本身不清晰，无论如何也拍不到清晰的图片。就像一堆石头无论如何也不可能拍成细密的沙粒。即使是清晰的图景，如果遇上大雾天气，也不可能拍到清晰的图片。奇怪的是，来自宇宙的图景不管远近、不管方位，都是极其清晰的。
根据量子理论，光线是一份一份的光子传播的，很容易被比光波小的粒子或间隙散射或衍射。我们小小的地球上有大气层，厚度也就是几千千米的透明大气层，都会使星光变得稍微模糊，使星星眨眼睛。那来自几十亿光年外的星光难道都是非常顺利地穿梭过来，进入哈勃望远镜的镜头中？来到地球上空的所有光线都是那么清澈，在哈勃太空望远镜上汇聚后，清晰地显示出宇宙深处的图景。途中难道就没有任何气体或尘埃的干扰？
即使光线非常幸运，在宇宙中穿梭时没有遇到气体或尘埃，但根据传统的观点，时空中天体的分布会弯曲，一个个弯曲时空组成的宇宙就像一堆泡沫组成的海绵。当光线穿过海绵时就像水流在海绵中游走一样，传播路线应该会受到干扰，有些光线会比另一些光线慢一些或快一些，方向也会改变一些。即使这种干扰非常轻微，但随着时间的推进，光线在宇宙中长途跋涉后到达地球上空的结果就是：光源在同一时刻发出的光线看起来像是不同时刻从光源周围发出的，它们汇聚到精确的望远镜上时，得到的图像也只能是模糊的。
根据量子理论计算的结果也显示，图像在一般情况下不应该是清晰的。简而言之，哈勃拍摄到的远方天体应该显示出一种奇怪的模糊效果，然而实际上……
研究者研究了从4200万光年的恒星爆炸到50亿光年远的星系图片，没有看到一张宇宙图像是模糊的，取出任何一张哈勃太空望远镜深景图像，你都会感叹宇宙真是无比清晰。一组美国研究队伍用更复杂的分析技术，分别研究了许多张哈勃图片，包括40亿光年处的星系图片，结果也是没有发现一张图像是模糊的，不管所拍到的天体距离我们有多远。这其实是个非常不可思议的现象，这足以告诉我们，光线在从光源传到观测器的过程中，并没有因量子效应的干扰而改变传播路线。

量子效应哪去了

研究者开始怀疑：难道量子理论有缺陷？对于科学的发展来说，一个理论有缺陷，那几乎是肯定的，那么量子理论的缺陷在哪里呢？
量子理论认为，光是以光子这样的量子单元进行运动的，时间和空间也存在非常小的单元。在量子世界里，存在普朗克长度和普朗克时间，普朗克长度是10-33厘米，在普朗克长度以下，空间的性质将不再是正常的性质，“模糊”得无法描述；普朗克时间则是10-43秒，在普朗克时间的间隙里，时间的性质也将很随意，方向和长短也将会很模糊，变化不定。甚至，或许空间、时间、能量在普朗克尺度以下都是一回事，没有什么区别。这与爱因斯坦所说的时间、引力及空间都是同一现象的不同展现，有异曲同工之处。
普朗克尺度时空的微小扰动，就会影响到时间的流逝和光线的传播，促使光线的传播偏离直线，虽然影响很小，但无数个普朗克时空的影响将是非常巨大的，那么我们拍到的图像就不应该是清晰的。


但是如果时间在普朗克时间间隙下并没有变得“模糊”，那么光线的传播就具有恒定性，拍到的宇宙图片非常清晰就不难理解了。但是这个观点将冲击量子理论的基础，天体物理学和宇宙学的各种理论模型也将需要重建。
普朗克尺度的时空行为到底是怎样的，我们的了解还太少了，无法定论。对于上述现象还有没有其他更合理的解释。但有一点可以确定，清晰的宇宙图片背后蕴藏着我们还不清楚的宇宙奥秘。

1720字宇宙探索

982269582

我以前看过这篇，可我也想不明白，宇宙太深奥了

偲偲

命题错误吧？是不是该叫”太空图像清晰之谜“？

王为

宇宙的事太深奥了，你的分析有道理，我还不敢想。

wa6pizzcn

太高深啦！！！

tulks

在普郎克尺度下空间是极不稳定但在大尺度下是稳定的空间在大尺度是一个整体。无数的普郎克时空反而是稳定的，这也符合事实。希望以后大伙自己去探索