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发表于 2020-4-24 21:39:26
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宇宙有多大?它会无限大吗?如果宇宙有一个边缘,那么边缘之外是什么?如果宇宙有一个开始,在那之前发生了什么?
可见宇宙
我们有优势能够看见并且有可能看见在宇宙中。光以每秒300,000公里的速度传播。这是宇宙中最高的速度——没有什么能跑得更快——但与要走的距离相比,它相对较慢。离我们银河系最近的大星系——仙女座星系——离我们有200万光年远。我们现在能看到的最远的星系距离我们有100或120亿光年。我们永远也看不到一个星系在光传播时间上比宇宙更远——估计有140亿年左右。因此,我们被一个我们看不到的“地平线”所包围——这个地平线是由光在宇宙中的传播距离决定的。
这个地平线描述了看得见的宇宙——一个直径约280亿光年的区域。但是居住在我们所看到的最遥远星系的文明的地平线是什么?那么在视觉极限的星系呢?有充分的理由认为宇宙远远超出了我们所能看到的那部分。事实上,各种各样的观察表明,我们的可见斑块可能是整个宇宙的一小部分——也许是无限小的一部分。
虽然我们永远无法直接“看到”整个宇宙或瞥见它最远的地平线,但我们可以发现它是如何运转的,这种对宇宙的看法符合当前流行的观点,即宇宙开始于巨大的膨胀。这个想法描述了一种存在于空间真空中的无向能量,称为标量场,它以某种方式被引导到一个叫做“膨胀”的过程中保守估计,宇宙在此期间膨胀如此之大,以至于一个原子大小的东西膨胀到一个星系大小。
如果这个伟大的想法是正确的,那么宇宙比我们想象的要大。但问题仍然是:有边界吗?如果有,在远处的空隙里有什么?根据一些宇宙学家的说法,答案确实令人难以置信。如果宇宙是以这种方式诞生的,那么很可能在其他地方发生了膨胀,也许是无限多的地方,在我们的视野之外,在我们的时代之外。这意味着还有其他的宇宙,可能与我们的相似,也可能有很大的不同,每个宇宙都在自己的空间里,从自己的时间开始。
宇宙开始于一场巨大的爆炸,产生了空间和时间。
宇宙加速度
膨胀意味着对宇宙的概念有了极大的扩展。但是这个概念也帮助我们理解我们周围看到的宇宙。以最近的观察为例,宇宙不仅在膨胀——这是天文学家已经知道了70多年的事实——而且实际上在向外加速。这一发现是”失控的宇宙。"
虽然我们永远无法直接“看到”整个宇宙或瞥见它最远的地平线,但我们可以发现它的行为——它的增长有多快,它的增长是否有一天会停止,以及是什么力量在最大的尺度上推动了它的进化。
宇宙加速的发现是通过检查超新星的光来实现的。我们天文学家相信我们知道一种特殊超新星的内在亮度,称为“Ia型”,所以我们可以通过它的表观亮度或测量亮度来计算出这个物体离我们有多远。我们还知道超新星——以及它们所在的星系——通过测量它们的“红移”正以多快的速度逃离我们红移指的是当星系远离我们时,它们的光向光谱的红色端发生的颜色变化。一个星系移动得越快,它的光就变得越红。
我们在红移和距离的结合中寻找的是宇宙回到过去的“增长率”。这个增长率告诉我们宇宙中所有物质的重力——如果有很多物质,随着时间的推移,它会减慢增长率。
就拿一个宇宙来说吧,它有如此多的物质,以至于重力阻止了膨胀,所有的东西最终都会自行崩塌。我们称之为“封闭的”宇宙。在这样的宇宙中,膨胀曾经会快得多。我们现在看到的星系间的分离需要相对较短的时间。诚然,与“相对较短”相关的数字可能仍然令人望而生畏。
第二种可能是一个几乎空无一物的宇宙,通常被称为“开放”的宇宙。是的,里面一定有足够的物质来允许像我们这样的观察者存在,但是假设物质的总量对膨胀的引力影响可以忽略不计。这个宇宙现在只是以和过去一样的膨胀速度在巡航。与第一种可能性,即封闭的宇宙相比,过去的膨胀必须慢一些,才能得到目前观察到的星系间的分离。这意味着一颗被观测到的遥远的超新星正以这样那样的速度(红移)从我们身边冲走更远的地方在这种情况下,与致密封闭的宇宙相比。在封闭宇宙的情况下,由于过去膨胀速度更快。 |
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