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有答案了嗎?困擾天文學(xué)家多年的問題:宇宙之外還有什么?|太陽系|地球_網(wǎng)易訂閱

2022-04-24 00:22:41 來源: 宇宙探索領(lǐng)航員  

我們穿好衣服,把衣服分對錯(cuò),拿起我們的包打包,這個(gè)包包里里外外都分了。 我們生活中看到和接觸到的任何東西都有它的側(cè)面和側(cè)面,所有的容器都有它的側(cè)面和側(cè)面。而對于我們而言,世界是由兩面組成的:一面是有形的物體(如房子、汽車),另一面是無形的物質(zhì)(如人與動物等)。所以我們的行為是外在化的。但這個(gè)世界上只有一個(gè)例外,沒有內(nèi)外內(nèi)外之分,也沒有優(yōu)劣之分,那就是我們生活的宇宙。

宇宙常被用描述地球大氣層以外的廣空間,我們對知之甚少,即使是現(xiàn)在,人類旅行的最遠(yuǎn)的地方是太陽系之外。

人類研究宇宙的范圍只限于觀測。利用光學(xué)望遠(yuǎn)鏡,我們可以看到所有地球傳送光。利用射電望遠(yuǎn)鏡,我們可以探測到所有體發(fā)出的不見電磁波。我們甚至可以收集人造衛(wèi)星探測器發(fā)出的宇宙微波背景輻射。

不管怎樣,我們都不能真正看到宇宙的外部。可觀測宇宙直徑只有930億光年觀測宇宙定有很空間。

宇宙外的猜測

解一個(gè)事物或現(xiàn)象的最好法就是觀察它。人類通過觀察和實(shí)驗(yàn)來了解宇宙的未知。當(dāng)我們永遠(yuǎn)無法觀察一個(gè)現(xiàn)象時(shí),我們只根據(jù)現(xiàn)有條件推測。

首先,我們應(yīng)該熟悉宇宙誕生的理論,即宇宙大爆炸理論,在這理論中,宇宙是一個(gè)質(zhì)量體積都是無限的奇點(diǎn),有一天被自己的壓力壓得過氣來而爆炸了。

在奇點(diǎn)爆炸之前,沒有運(yùn)動的物質(zhì),物質(zhì)沒有改變,自然時(shí)間也就不存在了,因?yàn)闀r(shí)間實(shí)際上是當(dāng)我們感知物質(zhì)變化時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)概念。

爆炸之后,在很短的時(shí)間內(nèi),宇宙已經(jīng)發(fā)生了很大的變化,這個(gè)時(shí)候宇宙的直徑已經(jīng)擴(kuò)大了很多,在膨脹之后,伴隨著巨大的能量沖擊,出現(xiàn)了無數(shù)的正反物質(zhì)。

從理論上講,正反物質(zhì)都是成對存在的,所有正物質(zhì)和反物質(zhì)碰撞在一起可以被還原為它們原來的能量,但是由于一個(gè)小意外,就產(chǎn)生了更多的正物質(zhì),從而創(chuàng)造了我們現(xiàn)在所看到的宇宙物質(zhì)主導(dǎo)的環(huán)境。

大爆炸之后,宇宙的溫度開始下降,從能量轉(zhuǎn)換而來的正反物質(zhì)開始四處擴(kuò)散,宇宙的大小也隨之增加。

多元宇宙理論

我們認(rèn)為,世界上的所有現(xiàn)象都應(yīng)該是可重復(fù)的,既然有一種奇點(diǎn)可以通過爆炸轉(zhuǎn)化為我們現(xiàn)在的宇宙,那么就應(yīng)該有另一種奇點(diǎn),甚至是無限數(shù)量的奇點(diǎn)在宇宙之外反復(fù)爆炸。

因此,這些無數(shù)的爆炸奇點(diǎn)形成的宇宙可能與我們現(xiàn)在的宇宙完全不同,甚至可能有完全不同的物理規(guī)則,當(dāng)然也可能與我們完全一樣。

但是多元宇宙并不能真正解釋宇宙中存在著什么,因?yàn)樗鼘?shí)際上只是一套套娃式的答案,最終,多元宇宙中存在著什么這個(gè)不可避免的問題需要解決。

有限無邊界理論

一些科學(xué)家認(rèn)為宇宙的大小和重量是有限的,但是它不會有邊界。 因?yàn)樵谝粋€(gè)大爆炸之前,我們就已經(jīng)知道了這一定律。那么宇宙中到底有沒有“邊界”?如果沒有的話又該如何解釋呢? 這是一個(gè)比較難以理解的說法。

簡單地說,宇宙大爆炸的方向是三百六十度無死角,所以物質(zhì)像吹泡泡一樣爆炸,其中心是一個(gè)奇點(diǎn),打個(gè)比方,就像氣球一樣爆炸。

事實(shí)上,我們所居住的地球也可以被粗略地看作是一個(gè)有限的、沒有邊界的存在。我們從地球上的任何一點(diǎn)出發(fā),朝著同一個(gè)方向旅行,最終我們會回到原點(diǎn)。 這叫做無界性,而如果把它應(yīng)用到物理學(xué)中去的話,那又叫萬有引力了。那么為什么要用萬有引力呢?因?yàn)槿f有引力和其他力一樣都具有非連續(xù)性。 所謂無邊界理論大致是這樣的,但問題是地球?qū)嶋H上是有邊界的,而邊界正好在大氣層的上方。

氣球也是有邊界的,在氣球表面的更高的地方就是宇宙邊界。 在膨脹的宇宙中哪個(gè)方向是向上的? 這就涉及到了“視界”這一概念。什么是視界呢?它究竟是怎么回事呢?人們對“視界”的理解又如何呢?這是我們首先要解決的一個(gè)問題。 沒有人能回答這個(gè)問題。

膜宇宙理論

有一個(gè)著名的超弦理論和M理論分支解釋了宇宙的形式,叫做膜宇宙學(xué),它認(rèn)為我們生活的宇宙實(shí)際上就像一個(gè)包裹在更高維度的膜中的珠子。

對于這個(gè)膜,我們的宇宙只是它的一個(gè)基本粒子,所以在這個(gè)膜中,有無數(shù)的三維宇宙宇宙,它們幾乎或甚至和我們的一樣。

這實(shí)際上是對多元宇宙理論的升級,除了所有宇宙共存于更高的維度,而不是在相同的三維空間。 在這個(gè)意義上說,人類可以從一種新的角度認(rèn)識宇宙,也可以把這種理解應(yīng)用到其他領(lǐng)域。這一點(diǎn)對于我們來說非常重要,因?yàn)樗鼘⑹刮覀儗φ麄€(gè)宇宙有全新的看法和認(rèn)知。 在膜宇宙,如果我們能夠推動宇宙的邊界,我們就能夠進(jìn)入更高的維度世界。

宇宙中到底有什么?

科學(xué)家認(rèn)為,宇宙的壽命應(yīng)該在137.3億歲左右。 這個(gè)說法似乎是正確的,因?yàn)樵谟钪嬲Q生時(shí),它已經(jīng)開始向周圍輻射出大量氣體和塵埃。這些物質(zhì)會隨著時(shí)間逐漸被太陽所吸收掉。這就意味著宇宙的壽命不會太長。 但是,從我們對橫跨930億光年的可觀測宇宙的觀察中,我們可以很快得出結(jié)論:宇宙的擴(kuò)散速度于光速。

但我們也知道,質(zhì)量大的粒子和物質(zhì)永遠(yuǎn)不可能達(dá)到光速,更不用說超過光速,宇宙膨脹快于光速的原因是,事實(shí)上,不是宇宙物質(zhì)以光速離開我們,而是天體之間的空間以非??斓乃俣扰蛎?。

根據(jù)愛因斯坦的廣義相對論,宇宙中的空間不是平坦的,可以被扭曲和拉扯。 但是如果你仔細(xì)觀察一下我們周圍的一些事物的話,會發(fā)現(xiàn)它們都有自己的特點(diǎn)。比如說地球上的水在受到重力作用時(shí),會向四周散開;而天空的云層則總是向上伸展開來。 例如,太陽附近的空間被太陽本身的重量所彎曲。

畸形的空間就像一塊被石頭壓著的筆直的薄板,當(dāng)其他物體進(jìn)入低洼地區(qū)時(shí),所有物體與太陽之間都有相對速度。

這些物體然后一直沿著大蕭條的內(nèi)部,圍繞著處于大蕭條中心的太陽旋轉(zhuǎn),由于宇宙空間的摩擦力幾乎可以忽略不計(jì),太陽周圍的行星可以一直旋轉(zhuǎn)而在數(shù)十億年內(nèi)不落入大蕭條的中心。

空間過去是平的,但只要是物質(zhì),它周圍的空間就會彎曲,宇宙大爆炸使物質(zhì)出現(xiàn),也使空間彎曲。

因此,我們能得到的第一個(gè)答案是,在宇宙中,來自宇宙爆炸的物質(zhì)還沒有到達(dá),如果有空間的話,它至少是平的。

如果不存在空間,那么答案就比較簡單,這將表明宇宙是有邊界,宇宙中的所有物質(zhì)都不能跨越這些邊界,即使宇宙物質(zhì)的擴(kuò)散可能將它們推回去,邊界仍然存在。

如果把世界分為兩個(gè)世界,一個(gè)是物理空間,一個(gè)是邊界后無物質(zhì)空間,那么我們只能說宇宙之外沒有什么,甚至說宇宙之外沒有什么,因?yàn)槲覀儫o法理解沒有空間與物質(zhì)的世界是怎樣的。

當(dāng)然,科學(xué)家們更喜歡有空間存在,而且當(dāng)物質(zhì)擴(kuò)散到這些平面空間時(shí),宇宙會發(fā)生扭曲。

如上所述,宇宙的膨脹速度快于光速,因?yàn)閹в形镔|(zhì)的宇宙空間是扭曲的,這種持續(xù)的扭曲使位于宇宙外緣的物質(zhì)看起來離我們越來越遙遠(yuǎn)。

總而言之,我們現(xiàn)在可以得出結(jié)論,要么宇宙之外什么都沒有,要么宇宙中只有一個(gè)扁平的、物質(zhì)的空間。

視界的存在

事實(shí)上,研究宇宙中存在著什么并沒有多大意義,因?yàn)槲覀儫o法有效觀察的宇宙是一個(gè)半徑465億光年大的球體。

在宇宙更遠(yuǎn)的地方,由于空間的扭曲和膨脹,465億光年的物質(zhì)正以比光速更快的光速離開我們,它們發(fā)出的光也不再到達(dá)我們,因此沒有辦法看到或感知這個(gè)范圍以外的任何東西。

視界視界就這樣形成了,事實(shí)上,它更像是一個(gè)只屬于我們的宇宙邊界,而不是宇宙的邊界,它不一定存在,也不知道它是什么形式。

發(fā)生在我們附近的任何事情都不會影響到視界以外的宇宙,原因很簡單,即使是信息也不會通過,可觀測宇宙之外的物質(zhì)對于我們來說就等于不存在。

信息通常光速的速度傳播,物質(zhì)的傳播速度永遠(yuǎn)不能超過光的光速,所以看不見的世界不能影響我們,而我們也不能影響它們。

事件視界的存在也使我們無法研究宇宙的邊界,無論我們?nèi)绾瓮茰y宇宙邊界的形式,我們將永遠(yuǎn)無法通過觀察或任何其他手段來證實(shí)這些推測,無法證實(shí)的想法將永遠(yuǎn)是不確定的。

由于視界存在,我們無法研究宇宙的真實(shí)起源和存在形式,而對這些問題缺乏答案,將是我們物理學(xué)發(fā)展的最大障礙。

如何突破視界?

我們?nèi)祟愐幌蛏朴谟^察現(xiàn)象,然后運(yùn)用現(xiàn)象的原理來改進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)。 但現(xiàn)在有一些科學(xué)家卻認(rèn)為這些想法是癡人說夢,他們說:如果讓宇宙變成一個(gè)黑洞,那我們根本不可能到達(dá)那個(gè)地方!但是這個(gè)假設(shè)顯然無法實(shí)現(xiàn)了。因?yàn)橛钪鎸?shí)在太大! 因此,我們可以在這里打開一個(gè)腦洞,因?yàn)橛捎谖镔|(zhì)的扭曲和空間的膨脹,視界以外的宇宙超過了光速。 因此,只要我們能想出如何扭曲空間,這是否意味著我們也可以比光走得更快?

我們現(xiàn)在所知道的是用質(zhì)量把它壓成一個(gè)經(jīng)線,還有別的方法可以讓扭曲空間嗎? 如果有可能的話,我們應(yīng)該怎么做呢?"扭曲空間是由自然界中最基本的結(jié)構(gòu)——褶皺形成的,它能夠使物體在不同方向上產(chǎn)生彎曲或拉伸。 例如,一張被單可以用夾子擰緊,而不僅僅是在石頭上留下一個(gè)凹痕。

腦洞其實(shí)就是曲率飛船的一般原理,當(dāng)然以現(xiàn)在的人類科技是不可能實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能的,曲率飛船只能存在于科幻小說中,但是這個(gè)洞的存在,仍然讓很多人感到一絲希望。 因?yàn)樵诳萍几叨劝l(fā)達(dá)的今天,我們已經(jīng)可以把視野從地球擴(kuò)展到整個(gè)太陽系乃至更遙遠(yuǎn)的地方了;而如果我們能夠像科學(xué)家那樣去研究一下黑洞和星系的話。那就更加令人驚奇了。 也許有一天,人類將能夠突破視界,到達(dá)宇宙邊界,親自看看宇宙的邊界是什么樣的。

結(jié)論

事實(shí)上,思考和研究宇宙的起源和宇宙邊界的可能存在需要大量的知識儲備。 在這種情況下,如果我們能夠?qū)⑺械男畔Υ嬗诖竽X中,那么我們就可以從整體上對事物進(jìn)行了解了,這樣對于問題解決也會更加容易一些。所以說這并不是一個(gè)好想法。 否則,這只是胡思亂想,而不是投機(jī),我們應(yīng)該學(xué)習(xí)更多的知識,然后利用它來瞄準(zhǔn)未知。

宇宙的起源和宇宙的邊界其實(shí)是同一個(gè)問題,如果我們得到了答案,我們就能夠確切地了解宇宙的存在形式和未來的方向,這是科學(xué)家需要研究的問題。

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