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宇宙有多大?宇宙究竟有没有尽头?

时间:2017-03-24 11:45:36 作者:1072800191 浏览:

宇宙,展现在人们的面前,是极为的浩瀚、无边无际!人类对它的探索至今从未停止,但人类对它的了解依然不多,诸多的未知事物还等待着人类去探索,去发现!宇宙如今已有138.2亿万年,地球所在的银河系,也只是宇宙星系中的其中之一,人类的探索至今也没有超出过这个范围!不经让人觉得宇宙是何其的大,人类何时才能走到宇宙的边缘,宇宙到底有没有尽头呢?

宇宙简介

现代天文学认为,宇宙是所有时间、空间、物质的总和,是我们这个物质世界的整体,是物理学和天文学的最大研究对象。解释宇宙的科学方法和理论构成了具有现代意义的宇宙学。时至今日,宇宙学已经成为了一门精确科学。古代对宇宙的定义,有西汉的《淮南子》:“往古来今谓之宙,四方上下谓之宇”。

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宇宙

通过宇宙微波背景辐射的观测发现我们的宇宙已经膨胀了138.2亿年,但宇宙的直径显然要大于这个数值,最新的研究认为宇宙的直径可达到920亿光年,甚至更大。人类所观察到的部分宇宙的物件大约是由4.9%的普通物质(构成恒星、行星、气体和尘埃的物质)或“重子”,26.8%的暗物质和68.3%的暗能量构成。重子物质构成星系际的“蛛网”。

在宇宙中,地球是目前人类所知唯一一颗有生命存在的星球。宇宙大爆炸是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型,这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的,并经过不断的膨胀到达今天的状态。

暗物质和暗能量分别通过对普通物质产生的引力作用和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的存在。如果暗能量不存在,那么物质间的万有引力作用就会减慢宇宙的膨胀,但是天文观测表明我们的宇宙在做加速膨胀运动。宇宙由一切天体组成。

宇宙到底有多大?

我们并非居于宇宙的中心,但是我们确实居于可观测宇宙的中心,这是一个直径约为930亿光年的球体这个星球上没有人知道宇宙究竟有多大。它或许是无限的,也或许它确实拥有某种边界,也就是说如果你旅行的时间足够长,你最终将回到你出发的地方,就像在地球上那样,类似在一个球体的表面旅行。

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宇宙究竟有多大?

科学家们对于宇宙具体的形状和大小数据存在分歧,但是至少对于一点他们可以进行非常精确的计算,那就是我们可以看得多远。真空中的光速是一个定值,那么由于宇宙自诞生以来大约为137亿年,这是否就意味着我们最远只能看到137亿光年远的地方呢?

答案是错误的。有关这个宇宙的最奇特性质之一便是:它是不断膨胀的。并且这种膨胀几乎可以以任何速度进行——甚至超过光速。这就意味着我们所能观测到的最远的天体事实上远比它们实际来的近。随着时间流逝,由于宇宙的整体膨胀,所有的星系将离我们越来越远,直到最终留给我们一个一片空寂的空间。

奇异的是,这样的结果是我们的观测能力事实上被“强化”了,事实上我们所能观察到最遥远的星系距离我们的距离达到了460亿光年。我们并非居于宇宙的中心,但是我们确实居于可观测宇宙的中心,这是一个直径约为930亿光年的球体。

宇宙的起源

爆炸之初,物质只能以中子、质子、电子、光子和中微子等基本粒子形态存在。宇宙爆炸之后的不断膨胀,导致温度和密度很快下降。随着温度降低、冷却,逐步形成原子、原子核、分子,并复合成为通常的气体。气体逐渐凝聚成星云,星云进一步形成各种各样的恒星和星系,最终形成我们如今所看到的宇宙。

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宇宙的诞生?

暴涨模型允许宇宙的物质和能量从无中产生。大统一理论认为,重子数允许不守恒,而宇宙中的引力能可粗略地说是负的,并精确地抵消非引力能,总能量为零,因此宇宙从无中演化是可能的“无”并非是绝对的虚无,真空能恰恰是一种特殊的物质和能量形式。如果进一步说真空能起源于“无”,那么这个“无”也只能是一种未知的物质和能量形式。从现代物理学的观点看,真空也可视为物质。

宇宙不论多么巨大,作为一个有限的物质体系 ,也有其产生、发展和灭亡的历史。暴涨模型认为宇宙中的物质与能量形式不是永恒的,把“无”作为一种未知的物质和能量形式,在认识论和方法论上有一定意义。

现代宇宙学不是晦涩无用的哲学思辩,而是建立在天文观测、数学模型、物理实验基础上的现代科学,完全有能力认知宇宙的奥秘。天文学家们指出,大爆炸必然会发生,原因是“虚空”本质上是不稳定的,可以从量子力学和广义相对论中推导出来。

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美丽的宇宙

在量子力学的尺度,空间将不稳定,不再显示平滑和连续,空间和时间失去稳定性,混杂形成时空的泡沫,微小的时空泡可以自发形成。量子化的时空产生涨落,宇宙产生于“虚空”。

宇宙的结局猜想

热力学定律不会让宇宙获得永生,新的恒星无法继续形成时,宇宙抵达热寂平衡点,宇宙的状态如同诞生之初的那一碗汤状时空。热寂是热力学上的终点,整个宇宙任何一处的温度都仅仅比绝对零度高一些,这意味着没有东西会幸存下来。少部分科学家认为,宇宙结局如果是大坍缩,所有的物质最终都会变成原子状态,再经过一次偶然的量子涨落,新一轮的大爆炸又形成了,下一个宇宙诞生。

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宇宙的起源

宇宙学家认为,如果宇宙能量密度等于或者小于临界密度,膨胀会逐渐减速,但永远不会停止。恒星形成会因各个星系中的星际气体都被逐渐消耗而最终停止;恒星演化最终导致只剩下白矮星、中子星和黑洞。相当缓慢地,这些致密星体彼此的碰撞会导致质量聚集而陆续产生更大的黑洞。

宇宙的平均温度会渐近地趋于绝对零度,从而达到所谓大冻结。此外,倘若质子真像标准模型预言的那样是不稳定的,重子物质最终也会全部消失,宇宙中只留下辐射和黑洞,而最终黑洞也会因霍金辐射而全部蒸发。宇宙的熵会增加到极点,以致于再也不会有自组织的能量形式产生,最终宇宙达到热寂状态。

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浩瀚的宇宙

在ΛCDM模型中,暗能量以宇宙学常数的形式存在,这个理论认为只有诸如星系等引力束缚系统的物质会聚集,并随着宇宙的膨胀和冷却它们也会到达热寂。对暗能量的其他解释,例如幻影能量理论则认为最终星系群、恒星、行星、原子、原子核以及所有物质都会在一直持续下去的膨胀中被撕开,即所谓大撕裂。

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