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宇宙有多重?

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online_member 发表于 2020-5-7 20:42:13 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙有多重?
online_member 发表于 2020-5-7 20:43:03 | 显示全部楼层
谢邀。

宇宙有多重?670 / 作者:小珍248 / 帖子ID:61881



无论是地球,还是太阳,或者拥有上千亿颗恒星的银河系,都只是宇宙的一小部分。宇宙中包含不计其数的星系、星系际介质、各种辐射以及未知的暗物质和暗能量,那么,这些东西(质能等价关系E=mc^2)加起来会有多重呢?或者说宇宙会有多重呢?

宇宙的演化过程


哈勃在20世纪初的发现,让人们首次认识到宇宙空间在膨胀,宇宙并不是处于稳恒态。而到了20世纪末,天文学家进一步发现空间的膨胀速率在持续增加。再结合其他独立的证据,天文学家大致了解到宇宙的演化进程。

宇宙有多重?343 / 作者:小珍248 / 帖子ID:61881



宇宙起源于138亿年前的奇点,最初的纯能量转变为如今宇宙中的各种物质和辐射。由于宇宙一开始经历过超光速的空间暴胀,这使得我们现在只能观测到半径为465亿光年的范围,这就是所谓的可观测宇宙。

在可观测宇宙之外,那里的光还没来得及进入我们的观测范围,所以我们不可能知道整个宇宙的情况。因此,这里讨论的宇宙质量指的是可观测宇宙的质量。

如何测量可观测宇宙的质量?



宇宙有多重?301 / 作者:小珍248 / 帖子ID:61881


虽然宇宙空间现在还在加速膨胀,但如果宇宙中的质能密度足够大,引力将会让空间膨胀逐渐变慢,直至停止,甚至还会演变成坍缩的状态。因此,有一个特殊的密度会决定宇宙的命运,这个密度被称为宇宙临界密度。

不仅如此,宇宙临界密度还会影响到宇宙的几何形状。如果宇宙密度等于临界密度,宇宙空间就会是平坦的。如果它高于这个临界值,物质的引力会迫使空间具有正曲率。如果它小于临界值,空间会有负曲率。

如何测量宇宙的密度?


在宇宙诞生之后的前38万年里,宇宙是不透明的,因为那时的宇宙密度和温度较高,电子、氢离子和氦离子等离子体充满了整个宇宙,光子被带电粒子束缚住。直到空间膨胀到足够大之后,光子获得自由,它们开始传向宇宙的各个角落。

宇宙有多重?286 / 作者:小珍248 / 帖子ID:61881



138亿年过去了,宇宙最初的自由光子还非常均匀地弥漫在整个宇宙中。只是随着空间膨胀,这些光子的波长逐渐变长,它们已成为肉眼不可见的微波,这些遍布宇宙的最古老光子就被称为宇宙微波背景辐射。

宇宙微波背景辐射记录了早期宇宙的物质和能量的信息,通过测量宇宙微波背景辐射图谱中显示为明亮和暗淡的区域,可以推测出宇宙的密度。因为物质对光施加引力,使其轨迹弯曲。当微波背景光子向我们传播时,它们的路径被宇宙中的物质弯曲了。宇宙中物质越多,光路弯曲的越多,天空中出现的振荡区域就越大。

宇宙有多重?363 / 作者:小珍248 / 帖子ID:61881



根据威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)在2015年公布的数据,宇宙空间几乎是平坦的,这意味着宇宙的质能密度接近于临界密度,约为9.9×10^-27千克/立方米。由此可见,宇宙密度极小,空间极其空旷。

根据可观测宇宙的半径,可以算出可观测宇宙的体积约为3.57×10^80立方米:
V=4/3πr^3
=4/3×3.14159×(299792458×3600×24×365.25×465×10^8)^3
≈3.57×10^80立方米
再把体积乘以密度可得,可观测宇宙中的质能总量为3.53×10^54千克。另外,在宇宙所有质能中,大约有5%是普通物质(重子构成的物质),它们的总质量约为1.8×10^53千克,相当于1000万亿亿个太阳的质量。
online_member 发表于 2020-5-7 20:43:38 | 显示全部楼层
上下四方谓之“宇”,古往今来谓之“宙”,这就是宇宙。宇宙也就是说是时间和空间的集合体,实际上还包括了事物也就是物质的集合体。

宇宙有多重?143 / 作者:永远就三年疗 / 帖子ID:61881



宇宙之大是我们无法想象出来的,宇宙包括了我们生活的地球,太阳系的所有行星,漂浮在天空中恒星等等。而我们曾经发现一个黑洞的重量是太阳的1.4亿倍。更别说宇宙中有多少个黑洞我们还不知道呢。

但是美国知名的物理学家爱德华特赖恩通过另一种角度分析我们的宇宙质量,发现它可能和半个鸡蛋差不多重约为28g,任何两个物体的万有引力效果都是大小相等方向相反,宇宙中的黑洞星系正组织反物质暗物质等等都会受到引力的作用。

宇宙有多重?310 / 作者:永远就三年疗 / 帖子ID:61881


爱德华特赖恩认为当所有的引力效果等全部抵消之后剩下的就是宇宙净物质,也就是宇宙奇点物质,计算发现这个值大约为28g,按照这个理论我们的宇宙质量大约和半个鸡蛋差不多。

由于信息传播速度有上限,所以我们能观测到的宇宙是有一个范围的,称之为可观测宇宙,其大小约为以地球为中心,半径为465亿光年的球形空间,所以我们永远无法窥探宇宙全貌,也无法精确测量宇宙质量。

首先我们要知道的是重量不是一个很精确的概念。因为地球引力,物体受到重力影响,于是有了重量。不过这只是一种为了某些地方使用方便才诞生的说法。

宇宙有多重?59 / 作者:永远就三年疗 / 帖子ID:61881



而物理学中物体是用质量来描述一个物体所谓的“重量”。根据万有引力定律, 相同质量的物质受到引力大小的不同,所产生的重量也不同。但是即使是质量也是会发生亏损的,即静质量可以转化为动质量。
所以说在宇宙中讨论重量好像没有太大的意义。
online_member 发表于 2020-5-7 20:43:43 | 显示全部楼层
用曹冲称象的方法就知道宇宙有多重!不信试试看!
online_member 发表于 2020-5-7 20:44:23 | 显示全部楼层
宇宙同一元素;存运不同恒系;
独立存位能变;有显也在没示;
星月日地引斥;正反相关性减;
四季星虽有重;空问因没法量。
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