宇宙理论上是无限的。
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宇宙大爆炸90亿年后,我们小小的太阳系形成了,同时形成的还有我们的地球。所有的物质之所以存在,都是因为宇宙大爆炸!我们的宇宙还在不断的扩张,但它不会就这样一直扩张下去。我们的宇宙有开始,自然也会有结束!
在宇宙大爆炸后的140亿年间,星系逐渐形成。充满了恒星,行星和卫星的宇宙仍在不断扩张。我们知道太空浩瀚无垠,直径超过1500亿光年。宇宙也许真的没有尽头,理论上宇宙可以是无限的,也就没有内外之外,也许它的尽头就是起点,也许我们向一个方向看得够远的话,我就能看到我的后脑勺了!
我们可能永远不会知道,由大爆炸产生的这个宇宙是否可以一直存在下去。但我们可以肯定的是,宇宙大爆炸并没有停止,还在继续。近年来最惊人的发现之一就是我们的`宇宙其实并没有像我们想像的那样在减速,而是在加速,它在加速运动,即将处于失控的状态。我们相信有所谓的暗能量存在,这种虚无的能量使星系分离,威胁着宇宙的存在。
我们无法看到这股具有破坏性的能量,我们也不知道它为什么而存在,但是它有可能是宇宙的终结者。如果暗能量不断的分离宇宙,我们的银河系终将不复存在。1000亿年后,大部分临近星系也将消失,恒星将燃烧殆尽,星系将变得暗淡无光!
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1:宇宙有没有尽头
从古代开始,人类就对我们脚下的地球和地球之外的空间有过猜测,一开始人们认为“天圆地方”,这是站在高处观察地表的结果,但是在第一次环球航行后,人们才真正证明,我们脚下的世界是一个巨大的“球”。随后天文学的萌芽逐渐出现,人们对太阳这个恒星和地球之间的关系有了更加深刻的认知。
随着时间的推移,物理学和天文学高速发展,我们知道宇宙诞生于138亿年之前的一场奇点大爆炸。宇宙产生后,随着时间的演变,宇宙渐渐产生了现在大大小小的恒星和行星。宇宙随着时间不断地膨胀,最终变成我们如今所看到的模样。
那么宇宙究竟存不存在尽头呢?对于这个问题,根据爱因斯坦的广义相对论可以推导出一个有意思的结论,宇宙是有限却无界的。要怎么来理解这个所谓的(有限无界)呢?实际上,这需要从四维和三维两个不同的维度来进行考虑。作为生活在三维空间的生物,我们要想象四维空间的样子会非常抽象。
因此,让我们先从三维空间的思维出发,找个熟悉的对象——地球来做个类比。从二维的角度来看,地球是没有界限的。任何想在地球表面上找到尽头的行为都注定是徒劳的。
在这个球面上,我们可以无休止地绕其转圈,不断回到原点,但就是无法找到尽头所在。然而,从三维的角度来看,地球是有限的——只不过是一颗漂浮在空间中的球体。类似的,宇宙可能是个四维的球体,我们所见的一切都分布在这个四维球体的球面上。
那么对于处在三维空间的我们来说,可以环游整个宇宙并回到起点,但永远也找不到宇宙的尽头。这就是宇宙的无界性的表现。而从四维的角度来看,宇宙又不过是一个四维的球体,显然是有限的。这就是宇宙的有限性的表现。因此,从四维和三维两个不同的维度来评判,宇宙是有限无界的。
后来,天文学家哈勃根据星系红移与距离的关系发现了宇宙正在膨胀,爱因斯坦所认为的静态超球面宇宙似乎并不准确,宇宙是动态的.,一个动态的宇宙模型无法忽略随时间的演化。
这样,当宇宙膨胀的速率高于一定的阈值,你沿一个方向就可能永远走不回原点了,也就是对于一个膨胀中的弯曲三维空间,它很可能并不是闭合的,这样,一个无限的宇宙又出现了。以我们人类现在的技术,宇宙是否有尽头还无法得知确定的答案。
2:宇宙之外有什么
一直以来,很多人都有一个共同的问题,就是我们所在的这个宇宙之外到底是什么呢?如果想知道宇宙外面有什么,我们就必须先来看看宇宙有多大。目前科学家所能探测到的宇宙范围是930亿光年。当我们以为这就是宇宙实际范围的时候。却有科学家提出,这很有可能只是宇宙的冰山一角。
如果按照目前人类的科技水平,想要到达宇宙边缘那是根本不现实的事情。不过这样也阻止不了人类对宇宙的好奇心和想象力。就有科学家们通过计算机建模分析。对于人类抵达宇宙边界后的场景提出了几种猜想。
首先有科学家认为,宇宙之外还是宇宙。庞大的太阳系外是更庞大的银河系,银河系外还有更庞大的宇宙,那么宇宙之外极有可能就是更大的宇宙。
只是宇宙太大,人类太小,对宇宙的认知实在太有限,宇宙之外是更大的多维宇宙是极有可能的。这个说法是根据宇宙微波背景辐射存在被其它宇宙撞击摩擦的痕迹,还有量子力学的理论相助,让科学家们更是毫不怀疑。其次部分科学家认为,宇宙之外是一片虚无。
科学家根据宇宙形成于138亿年前的那场奇点大爆炸,而大爆炸前的奇点就是什么都没有得虚无,而宇宙之外就是爆炸前的情形,没有时间和空间,宇宙是唯一的存在,而宇宙墙这个天然的屏障,把人类和宇宙之外的事物全部进行隔离,只能够在宇宙的范围之内进行活动。
最后有些科学家认为宇宙是个大型实验室。宇宙之所以如此规律有序,那是因为它是高级文明设计出来的实验室,神级文明早已将这一切安排好了。
包括地球这颗生命星球以及人类的诞生,都有可能不是自然形成的,而是被创造出来的。科学家也称,科学的终点就是神学,当一个文明将科学发展到终点之后,那还有什么事情是不可能做到的?这是最可怕也是最没有根据的猜测,但也并非毫无可能。
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宇宙结构
从古代开始,人类就对我们脚下的地球和地球之外的空间有过猜测,一开始人们认为“天圆地方”,这是站在高处观察地表的结果,但是在第一次环球航行后,人们才真正证明,我们脚下的世界是一个巨大的“球”。随后天文学的萌芽逐渐出现,人们对太阳这个恒星和地球之间的关系有了更加深刻的认知。
哥白尼提出的“日心说”促使了天文学进行了一次巨大的改革,随着这次改革付出了很大的代价,并且日心说本身也存在很多的漏洞,但是日心说的理论要比地心说正确很多。
随着时间的推移,物理学和天文学高速发展,今天的我们已经知道,太阳并不是宇宙的“中心”,只是太阳系的中心,而地球围绕太阳运动的原因也不神秘,而是因为“引力”在背后影响着天体的运动。
现在科学已经发现,宇宙存在明确的'“层次结构”,从微观粒子到巨大的超巨型宇宙长城,我们的宇宙物质形态多样,并且还在不断得到发展和变化,从宏观结构来看我们的宇宙可以简单分为五个层次。
行星恒星和星云银河系和河外星系星系团大尺度结构宇宙由大量的恒星和卫星为基本单元,围绕恒星不断运动,大量的恒星系组合在一起形成了更大的星系,我们的银河系其实宇宙结构的基本表现。在宇宙的大尺度结构之外,才是可观测宇宙和整个宇宙空间。
可观测宇宙
目前人类公认最正确的宇宙模型是“标准宇宙模型”,标准宇宙模型以弗里德曼宇宙模型为基础,结合量子力学,相对论,粒子物理,核物理等学说的宇宙模型,这个宇宙模型中已经对宇宙的年龄有了描述,也就是我们常说的138亿年。
既然宇宙的时间存在一个开端,根据光速不变的性质结合宇宙加速膨胀,我们就可以推断出在某一个时间点,宇宙膨胀的速度会超过光速,导致人类可以观察的宇宙空间会被限制在一定范围内,这个范围就被称为“可观测宇宙”。
目前可观测宇宙的半径是465亿光年,这并不代表在465亿光年之外就是宇宙的“尽头”,而是人类可以观察的极限就是这么远,因此想要靠观察来寻找宇宙的尽头是一件不现实的事情。
宇宙的“尽头”
那么我们应该怎么寻找宇宙的“尽头”呢?其实在广义相对论的框架下,弗里德曼方程可能会给我们一个答案。这个方程假设宇宙在空间上是均一且各向同性的,那么我们的宇宙空间的几何形状必然是下面三个情况中的一个。
平直空间(曲率处处为零)具有常数正曲率的三维球面具有常数负曲率的三维双曲面
“球形宇宙”“马鞍形宇宙”“平坦宇宙”,宇宙的几何形状就是这三个答案中的一个,但是在这三个宇宙模型中,宇宙都不存在“尽头”。首先如果宇宙的形状是球形,那么我们在这个球形的空间内是永远找不到空间的“尽头”的。其次如果空间是马鞍形或者是绝对平坦的,也同样不存在所谓的“尽头”,因此从现在的理论来看,宇宙并不存在“尽头”。
当然这些理论并不是完全正确的,因为这个理论建立在广义相对论的框架下,而相对论和量子力学的矛盾证明,目前这两个理论都是不完善,这也延伸出了科学家对“大一统”理论的研究,或许宇宙并不是目前理论中的样子。
弦理论就认为我们的宇宙本质是“多维”的,在目前的四维时空中我们只能看到这样的宇宙,但是在更高的维度中,看待宇宙的角度或许就又有不同。
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