我们身体的某些元素来自遥远的恒星？！| No.39

A

一个魔方取下一小块，缺失的这个部分是不是就产生了一个空间？这样能否说明空间产生于 物质？

by 缔造传奇

好问题 ~~

让我们先跑个题，看看这个空间的维度是多少 ~~

首先来看看一个魔方，然后我们去掉中心的七个小块，但这样不够，我们继续再将上面的操作用在剩下的小方块中，于是变成第三个图所示的那样，这样一直继续下去，那么，脑洞大开的问题来了，这个像海绵一样的“鬼东西”的维度是多少？？？

这个问题和你的提问有点类似，咋一看的话，因为扣出去的空洞的存在，导致这个东西的维度肯定不是三维（因为就这个物体而言，空洞是不能被填充的）。

那是多少呢？

首先，我们注意这个东西扩大成原先的三倍，它的结构是不变的，但是边长增加了，就注定体积要增加吧 ~~

如果是二维的物体的话，边长扩大成三倍且形状保持不变的话，那么体积会变成原先的 3^2 倍。

如果是三维的物体的话，边长扩大成三倍切形状保持不变的话，那么体积会变成原先的 3^3 倍。

同样我们推测，如果是一个 D 维的物体的话，边长扩大成三倍且形状保持不变的话，那么体积会是原先的 3^D 倍。

好的 ~ 有了这一点，我们看看这个“鬼东西”的边长扩大三倍，它的形状不变，那么体积增加多少呢？？？

其实只要注意到这个基本的单元就可以算出来体积增加的倍数，这个单元是由 20 个小方块组成的，所以边长变成三倍，一个小块就变成了这个基本单元，总共有 20 个小块，体积自然是变成了原先的 20 倍。

那么按照我们之前的推论，这个“鬼东西”的维度就是 D=log20/log3=2.7628

分数维是什么鬼？？？

也就是说这个“鬼东西”是一个介于 2 维和三维之间的物体，正是因为这些空洞的有规则的产生，才会有这种现象 ~~

其实这个“鬼东西”叫做谢尔宾斯基海绵，这种现象叫做分形，这种维度叫做分数维。感兴趣的同学可以去看看相关的资料 ~~~

但是也不要把这种维度的概念和我们正常连续空间维度的概念搞混了，大部分我们在物体学中接触到的维度一般是由自由度的数目决定的 ~~~~

至于你说的最后一个问题，可能偏向于哲学上的讨论了，小编就不敢瞎说了，只能是仁者见仁，智者见智了 ~~~~~

热力学第二定律说的是，多个粒子的集体规则运动向无规则运动的转变是不可逆的。系统宏观量的演化总是朝着包含微观状态数多的方向，也就是概率大的方向进行。如果将布朗运动的粒子视为微观粒子，那么 OK ，显然热力学第二定律是没有打破的，因为布朗运动的粒子本身就是无规运动的嘛。但是布朗运动的粒子在微米量级，怎么看也不那么微观，物理学怎么来解释呢？其实这叫作涨落现象，可以理解为在局部和小的时间尺度内，热力学第二定律被短暂的打破。并且越是局部，粒子数越少，我们对“热”变“功”的过程越需要容忍。从统计意义上说，系统包含的粒子数越少，无规则运动的内能和动能的差别就越小，“热”变“功”的概念也就越模糊，从数学的角度看，就是粒子集体运动和无规运动的概率差别越小，热变功就越可能发生。早在 2002 年，就有科学家实验验证了小系统和短时间内热力学第二定律的失效，相关成果以《 Experimental Demonstration of Violations of the Second Law ofThermodynamics for Small Systems and Short Time Scales 》发表在《 PhysicalReview Letters 》上。关于热力学定律在量子层面失效的问题我们公号在 2016 年 11 月 7 号也有过推文《热力学第二定律能够被违反吗》。当然，热力学第二定律在人类感官尺度上是绝对成立的，我们还是没办法逆转时间箭头。

测量中心黑洞质量的方法目前是有局限的，精确程度都不是很高。主流方法是两种，测量旋转曲线，即黑洞周围星体的动力学状态；测量黑洞周围吸积物质物质发射的高能射线。最近提出可以测量吸积物质外围冷气体的微波辐射，达到和测量高能射线同样的效果，而地面微波测量的精确度较高。

首先，可以肯定地说，我们身体中的元素合成的时间，确实是早于太阳的形成，目前，太阳内的核反应只能合成氦元素，因而，太阳系中的其它元素都合成于太阳产生之前，但是讨论到这些元素的来源确是有争议的。

一种观点认为，由于太阳系的形成与银河系中心爆炸有关，太阳系含有的一定重元素是银心爆炸的产物。实验观测表明，银河系中心区域的重元素的量比其他部位多。这有两种解释：一种是银心附近发生超新星爆炸的几率高；另一种是所谓的银心爆炸，其原因与机制尚不清楚，有一种假设认为是由于质量巨大的天体物质的引力能释放。遗憾的是，银心爆炸会触发哪些核反应以及会形成哪些元素，至今仍十分模糊。

银河系的年龄大约在１００亿年之上，这可以根据银河系内古老的球状星团的年龄来推算。现认为球状星团是银河系中最早的成员，两者年龄基本相似，尽管从理论上讲球状星团略为年轻些。既然这样，球状星团的重元素丰度应很低，宇宙大爆炸只合成了氢、氦和少量轻元素。银河系形成时应当不含重元素，可是实验观测结果表明，球状星团含有一定量的重元素。换句话说，迄今还没有找到一个不含重元素的球状星团。此外，现还发现所有的球状星团并不具有相同的重元素丰度。一种解释是现在宇宙中已不存在第一代恒星（即最早形成的恒星），后代形成的恒星都不可避免地包含有前代恒星合成的重元素。总之，银河系演化（尤其是银心爆炸）对元素合成的贡献还存有不少疑问。