宇宙中最大的几个问题
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宇宙中最大的几个问题,宇宙有不计其数的天体,经过这么多年的探索,人们对于宇宙还处于一知半解的状态,但是这反而激起了人们的探索之心,下面小编带大家简单了解一下宇宙中最大的几个问题。
宇宙中最大的几个问题1
第一个问题,人类是宇宙中唯一的智慧生命吗?
有人说,人类的出现就是一个时空的奇迹!由此可以看出,人类是多么的特殊。自人类有历史记录以来,我们就开始对宇宙产生了强烈的好奇,不停地寻找着宇宙中可能存在的外星生命。然而无数年过去了,毫无收获。
外星文明
不可否认,宇宙如此之大,诸如地球一样的行星多不胜数,很难相信整个宇宙仅仅只有人类一种智慧生命存在!但无论如何,人类的太空望远镜以及探测器所观测到的所有数据显示,目前为止人类仍然是宇宙中已知的唯一智慧生命。
虽然有许多天文台声称自己接收到了来自外星文明的信号,然而终究没有了下文!所以,人类究竟是否是宇宙中唯一的智慧生命这个问题,依然困扰着人类!也许直至人类文明的终结都不会有答案!
第二个问题,宇宙是如何诞生的?
关于宇宙是如何诞生的,有许多说法,宇宙大爆炸、平行宇宙以及二维世界的全息投影等等!根据哈勃望远镜的观测结果,几乎所有的星系彼此之间正在远离,远离的速度越来越快,由此看来,似乎宇宙大爆炸理论符合实际观测的结果。
宇宙大爆炸
然而我们终究无法明白宇宙是如何诞生的`!虽然宇宙大爆炸符合目前的观测结果,但归根结底,人类所能观测到的关于宇宙的数据仅仅只是非常少的一部分,并不足以证明宇宙大爆炸的正确性。况且,极个别科学家认为宇宙是虚拟的,就像我们在计算机中创造的虚幻世界一样,如果这个观点成立,那所有观测到的数据将毫无意义!
还有些科学家认为,宇宙存在于一个高纬度空间内,而宇宙中的生命——也就是我们,只是宇宙内部这样一个低纬度空间的生命。所以,无论我们如何去探索,永远也不会得到答案,因为我们无法理解宇宙的运行方式以及存在方式,那是超越了我们维度的东西。
高纬度空间中的地球
第三个问题,宇宙有没有终结?
这个问题就像是宇宙有没有开始一样,没有答案!有科学家认为宇宙会在膨胀到极限之后开始收缩,最终会坍缩成为一个奇点,然后等待时机再次爆炸形成新的宇宙,如此循环往复!
宇宙奇点
也有科学家认为宇宙在膨胀到极限之后会处于稳定状态,永世长存!甚至还有科学家认为,宇宙根本就没有膨胀,一切都是人类科技水平有限,对宇宙认识不足造成的!总之就是,没有答案。
这本就合情合理,如果我们无法确定宇宙是如何开始的,那么我们也应该无法确定宇宙会在何时终结,以何种方式终结。
宇宙的终结
或者说,宇宙的开始与终结本就是同一个问题,明白了一个,必然也就明白了另外一个,而这个问题的答案很可能是非常简洁美丽的,但遗憾的是,这个答案将成为人类文明永远的谜团!
宇宙中最大的几个问题2
1、宇宙是什么
宇宙是是空间,时间,物质和能量构成的统一体。
2、宇宙的起源
20世纪以来,随着天文学的发展,人们提出了几种宇宙起源的模型。先是爱因斯坦的静态宇宙模型,发现了哈勃定律后“稳恒态理论”取而代之。发现微波背景辐射后,“大爆炸理论”则最终成为物理学界普遍认同的理论。
大爆炸理论认为,宇宙的诞生于一场约138亿年前的奇点大爆炸。一切物质与时间都是在那之后产生的。大爆炸早期,正物质和反物质被成对地创造出来。但由于早期的对称性破缺,正物质的总量比反物质略微多出一点点,随后很快正反物质湮灭,宇宙中失去了绝大部分的正、反物质。而那剩下来的一点点正物质随着宇宙的膨胀开始冷却,凝聚形成了我们现在看到的宇宙。
图1:宇宙演化模型
一开始,这个理论面对着3个质疑。即视界疑难,平坦性疑难,和磁单极疑难。
视界疑难:宇宙微波背景辐射(CMB)是大爆炸遗留下来的热辐射,它在黑体辐射光谱的温度为2.73K,而且这个温度在宇宙的各个方向都是相同的。然而可观测宇宙中最远的两点,随着宇宙的膨胀,已经远到以光速都无法在他们之间传递信息了(相距约900亿光年)。那么,宇宙的温度怎么可能保持得那么均匀呢?
图2:宇宙微波背景辐射图像
平坦性疑难:科学家通过计算,发现早期宇宙空间是非常平坦的,曲率几乎处处为0。为什么这么平坦呢?
磁单极疑难:由于宇宙早期存在对称性破缺,理论上应该能够找到一些磁单极子,但是人们至今没有发现。
对这三个问题最好的解释来自Alan Guth的“暴胀理论”(Inflationary Theory)。暴胀理论认为,大爆炸后的
秒之前,宇宙在缓慢膨胀,进行了充分的热交换,温度达到均匀。随后突然在极短时间内暴胀成为庞大的宇宙。这样温度在暴胀之前就已经均匀了,由于快速的膨胀,时空曲率也被拉平了。而磁单极子迅速分散到整个宇宙中,并由于密度过低,至今没有被我们发现。当然,暴胀理论虽然能很好地解释现象,但至今仍然没有确凿证据证明其正确。
3、宇宙的年龄
那么根据大爆炸理论,宇宙的年龄又是多少呢?我们定义宇宙的年龄为从大爆炸至今的时间。根据哈勃定律
,退行速度快的天体离我们远,退行速度慢的天体离我们近,说明宇宙中各处具有统一的年龄(如下图)。而这个统一的时间t就可以用距离除以速度来计算。我们再看看哈勃定律,时间
的倒数。因此,只要能精确测量哈勃常数,就能够求得宇宙的年龄了。
根据普遍认可的对哈勃常数的测量(
),科学家认为宇宙的年龄约为138亿年。然而2019年的一些新研究又发现哈勃常数的实际值应该更大,根据新数据宇宙的年龄应该减小到约114亿年。
4、宇宙的大小
由于受到光速的限制,我们能够观测的宇宙有一个固定的范围,半径为460亿光年。照理说宇宙年龄只有138亿年,在离我们460亿光年处的恒星所发出的光,就算用尽宇宙诞生至今的所有时间,也不可能走到我们地球,那我们怎么可能看见他们呢?
问题就出在了宇宙的膨胀上。当这些恒星刚刚形成时,还在宇宙的早期,它们与我们之间的距离还没有那么远。它们那时发出的光经过约138亿年到达了我们地球。而今天,随着宇宙的膨胀,那些恒星已经被”推“到了距离我们460亿光年远处。换言之,我们确实看到了这些距离我们460亿光年的恒星,不过我们看到的只是过去的它们。至于今天的它们是否已经寿终正寝,我们都不得而知了。
此外,宇宙的真正大小仍然是科学无法解决的问题,因为460亿光年外的东西,我们就看不到了。也许宇宙真的像有些人所说的那样,是无边无界的。
5、宇宙的终点
最后我们来探讨一下宇宙未来的终极命运。物理学家们一开始认为暴胀之后,宇宙会在物质间引力的作用下开始减速膨胀,直到膨胀速度减至0,然后再反向收缩。就像我们向天空中抛出一个小球,小球离开手之后在引力的作用下会减速上升,达到最高点后,开始加速掉落。由此,人们预言宇宙将最终重新收缩成一个奇点,终结于Big Crunch。
霍金在《时间简史》里给出的就是这种预言(如图3)。霍金说,宇宙的演化就像一个地球,时间之矢就像地轴,从北极指向南极。北极表示Big Bang。南极表示Big Crunch。宇宙的随着时间先膨胀,在“赤道”处达到最大,随后在引力作用下开始收缩,终结于Big Crunch。
而这样一个球就是我们所能够了解到的全部,由于我们的维度不够高,我们看不到这个球之外的东西。假设我们站在球顶部Big Bang那一点上,我们无论往哪个方向走,都会走向未来。所以我们无法讨论在Big Bang“之前”有什么。
图3:宇宙演化与地球的类比
然而,戏剧性的是,霍金的这个预言如今已经被观测结果所抛弃。1998年三位物理学家在观测Ia型超新星爆发时,得到数据证明宇宙从距今大约40亿年前开始,由减速膨胀又转变为加速膨胀了。在图1中我们看到最右端Modern Universe那里有一个钟形的开口,可见宇宙的范围正在加速扩大。
至于为什么加速膨胀,仍然是一个谜。科学家们的新猜想是宇宙中充斥着我们难以观测的“暗能量”。暗能量提供“万有斥力”,将物体相互推开。曾经有一段时间物质间引力大于斥力占主导,于是宇宙减速膨胀。但40亿年前开始,由于宇宙物质密度减小,暗能量超过了引力,开始占主导地位。于是宇宙又开始加速膨胀。当然,人们至今还未发现任何暗能量存在的证据,因此无法为该理论提供有效的证明。
基于宇宙加速膨胀的理论,未来各个星系之间的距离会变得无比遥远。太空旅行也会变得相当困难。至于宇宙的终结,有科学家认为会是一场“大撕裂”。即“万有斥力”变得越来越强大,以至于在约500亿年后,我们的银河系,太阳系,甚至所有原子都会被这种斥力所撕裂,一切生命自然也将不复存在。
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