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1 # 潮汐打手
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2 # 科幻接力
宇宙到底有多大?
宇宙到底有多小?
宇宙到底有多少個維度?
人類貧瘠的想象力似乎很難理解,那就讓我們用宇宙中跑得最快的東西——光來衡量吧。
光在真空中的速度為每秒30萬公里。這個速度如此之快,以至於近代的學者誤以為光速是無限大的——開啟燈的一瞬間,整個房間不就被照亮了嗎?
實際上,光照亮方圓幾米的一小塊地方,大約需要一億分之一秒。在你讀這篇文章的幾分鐘內,光子就飛了1000萬公里,相當於繞地球250圈!
人的視細胞感受到的每一個光子,都是8分鐘之前從太陽表面出發的,跨越了1億5000萬公里的漫長距離,才進入你的視網膜。冥王星和太陽相隔75億公里,暗淡的Sunny到達這顆荒蕪的矮行星需要7小時!
離開太陽系之後,我們更能體會到宇宙的速度極限——光速在幾乎無窮盡的空間面前,是多麼微不足道:
光到達距離太陽最近的恆星——半人馬座的比鄰星需要4年;
橫穿整個銀河系盤面,需要10萬年;
到達肉眼就能看見的仙女座大星雲需要250萬年;
科學家能觀測到的最遠星系位於130億光年之外
宇宙大約有138億年的歷史。誕生才8億年的嬰兒宇宙中,一顆恆星在核聚變的大火中誕生,一個光子掙脫引力的束縛,開始了一段漫長到絕望的旅程。
它出發的時候,周圍還沒什麼星光,宇宙還處於“黑暗時代”,大片的氣體雲正在積聚能量,準備孕育新的原恆星。
當這個光子走完2/3的旅程時,在銀河系的獵戶支臂上,一顆普普通通的恆星誕生了,在它周圍從內到外排布著8顆行星。
光子對這一切渾然不知,又繼續飛行了幾億年。在這些行星之中,第3顆岩石行星的原始海洋在閃電和暴雨中形成了生命的最基本單位。
光子忽然覺得,這段漫長乏味的旅程有了新的意義,自己和那顆陌生的行星之間似乎被一條神秘的細線緊緊相連。
光子的腳步當然不會稍作停留。無數生命在岩石行星上興起,繁衍,衰亡,化為積壓在地層深處的化石。蜥腳類恐龍的龐大身軀被流沙覆蓋,一隻古猿小心翼翼地直立起來,眺望遠方的地平線。
光子剩餘的行程屈指可數了。這種直立行走的生物每天除了打打鬧鬧就是胡思亂想,它們把腳下的大地取名“地球”,還把散播光和熱的母星稱為“太陽”。
光子冷笑了一聲。在地球上,一個叫伽利略的人把兩個鏡片安在紙筒裡,造出一個被稱為“望遠鏡”的東西,還把它對準了夜空中的星星!
光子心裡一緊,硬著頭皮繼續前進。地球上這群古怪的生物吃飽了還會鼓搗些稀奇的玩意兒,比如把一根“鐵棍”弄出老大的火光和濃煙,發射到高空,還把一些閃亮的“玻璃球”送到地球的軌道上繞來繞去。
光子離地球越來越近了,遠遠看去不起眼的小點急速擴大,最終變成一顆碩大的蔚藍星球。光子急急忙忙地想從它的身邊溜過去,沒想到正好撞到一架漂浮在太空的望遠鏡的鏡片上!如果此時光子能夠聽到地面科學家的興奮交談,它就會知道,終結這段130億年漫長旅程的,叫“哈勃太空望遠鏡”。
即使這個光子沒有被哈勃望遠鏡捕獲,它也永遠無法走到宇宙的盡頭。因為從它出發的那一刻起,宇宙就一直在膨脹。
從人類的角度看,一切映入眼簾的星光最多隻有138億年的歷史——這被稱為可觀測宇宙,但因為宇宙空間本身的膨脹超過光速,可觀測宇宙的半徑實際上為460億光年。至於460億光年外是怎樣一番景象,我們永遠也無法看到了!!!
我們看不到的宇宙有多大?
只有靠想象!
我們人類生活在地球,地球又生活在宇宙這個大家庭裡,古時候有智者常常抬頭看天上的星星,天外的世界有多大?隨著歷史的前進,到了近代,隨著天文望遠鏡的出現,人們終於可以觀察宇宙了,人們迫世想要知道:宇宙到底有多大?
但當人們用天文望遠鏡看宇宙星空時,才發現自己是多麼渺少,也深深為自己的這個問題感到迷惑,宇宙到底有多大?真的無邊無際嗎?初期的天文望遠鏡觀察距離是有限的,但隨著天文望遠鏡的越來越先進,後來哈勃望遠鏡發射到太空中,人們對宇宙再次進行深空觀察,這次看得更遠,更表,這個時候人類更加傻眼了,宇宙好大啊,如此遠的距離還沒有看到宇宙的盡頭。宇宙到底有多大呢?
在一次研討會上,有人問科學家,我們的這個宇宙到底有多大?科學家沉默了一會就對他說,宇宙的大小,我們不能用大來衡量它,順著這個思路想下去,當你覺得害怕,覺得自己渺小的時候,你就知道宇宙有多大了。
地球對於人類來說,好大啊,要是步行旅行,一生也走不完地球。我們站在海岸邊,看著無邊無際的大海,感慨地球太大了。這時人類感覺自己面對整個地球是多麼的渺小。
要是把地球放在太陽系中,地球也就不算大了,太陽系的八大行星裡,都比地球大,而且太陽系還是很多的衛星,數以億計的其它小型天體,太陽系邊緣還有一個奧爾特雲的地帶,這裡面的小行星更是不計其數。
如果你覺得太陽系夠大了,但是太陽系在銀河系裡,只是一粒塵埃或一粒沙子,沙子有多小,太陽系就有多小,銀河系的直徑16萬光年,而太陽系只有1光年,差距何其之大。銀河系中像太陽這裡的恆星有2000多憶顆,而且太陽還是其中比較小的那一類。
銀河系你是不覺得很大了,但在銀河系外邊還有一個叫室女座的超星系團,它裡面比銀河系大的星系就有100多個,光在裡面走一個直線都要2億年,裡面的恆星數量達100億萬顆。
當你認為這個室女座的超星系團很大的時候,它其實只是拉尼亞凱亞超超星系團的一根小手指罷了,這個叫做拉尼亞凱亞超超星系團的覆蓋範圍竟然達到了5.2億光年之遙。這個超超星系團裡邊的恆星已經是無法計數了,即或這樣,它還不是宇宙的邊緣,而僅僅是宇宙裡邊的一根頭髮絲而已!
當你看完以上的思路,你會不會被嚇傻了?宇宙之大遠超我們的想象,這還只是我們目前天文望遠鏡可觀測到的範圍,而能觀測到的範圍其實只是宇宙的冰山一角。這個時候我們才深深感到,地球的渺小,人類在這個宇宙中最多算一個細胞。
如此浩瀚的宇宙,你說會不會有外星人呢?如果說沒有,估計誰也不會信,外星人在宇宙中應該是普遍的存在,即使按億萬分之一來算,那有外星人的星球也多得數不過來,這裡面文明等級有高有低,有的可能處在原始社會,有的可能已經發展了幾十億元,這樣的超級文明科技發展到何種程度,真是我們不敢想的。人類的文明誕生才不過不到1萬年,與宇宙中的那些高階文明差距實在是太大了,怪不得霍金經常警告人類,不要試圖和外星人接觸,否則帶來的可能就是災難。
宇宙究竟有多大?宇宙最後的歸宿是什麼?其實和人類也是一樣!
隨著科技的進步,地球上的地方基本都被探索遍了,人類也是將目光放到了太空中。亞里士多德曾經說過:你知道的越多,不知道的也越多。確實,隨著人們對太空的慢慢了解,也發現不知道的東西也越來越多了,例如宇宙到底有多大?宇宙的結局是什麼?
那麼宇宙到底有多大呢?科學家們根據已有的資料測算出宇宙的直徑可達到920億光年,而這個直徑的數字每分每秒都在增加而且速度正在增加,當你們看到這篇文章的時候,宇宙又變大了一點哦!這是由科學家布萊恩·施密特提出的,並因此獲得了2011年的諾貝爾物理學獎!
但是這個速度增加並不是無上限的,當宇宙膨脹到一定的程度,就是當宇宙能量密度小於臨界密度時,宇宙的增長速度就會變慢,各種星系氣體就會慢慢被恆星消耗殆盡,而恆星也因此而演變成白矮星或者中子星,直到互相碰撞形成黑洞,最後整個宇宙重新發生大爆炸,一切有迴歸到初始狀態,繼續膨脹、爆炸的路線!
迴圈,就是約束世間萬物的唯一準則,人是這樣,宇宙也不例外!
從小到大!
從大到小!
從生到死!
從死到生!
迴圈反覆!
生生死死!
永遠存在!
想象一下我們的宇宙:
0、真空宇宙——零維時空
1、微觀宇宙——宇宙奇點時空
2、射線宇宙——一維時空
3、平面宇宙——二維時空
4、立體宇宙——三維時空
5、曲面宇宙——四維時空
6、黑洞宇宙——五維時空
7、白洞宇宙——六維時空
8、七維時空
9、八維時空
10、九維時空
11、十維時空
12、十一維時空
13、十二維時空
14、十六維時空
15、二十五維時空
16、三十六維時空
17、四十九維時空
18、六十四維時空
19、八十一維時空
20、平行宇宙時空
21、反物質宇宙時空
22、大宇宙時空
23、超大宇宙時空
24、……………………
我們所看到的世界,是由長、寬、高組成的三維空間,加入時間之後,就變成了四維,愛因斯坦告訴我們說,一維的時間和三維的空間組成不可分割的時空整體,而宇宙的時空是彎曲的。四維空間我們都可以理解,但是時空彎曲使我們的想象力受到挑戰,這並不是能直接觀察出來的。但是物理學家就是喜歡挑戰,他們不斷的引入新的維度,五維、六維、七維、八維、十維……等等,難道後面還有?小編我已經很難想象了,讓我們從零維開始,發揮我們想象力來挑戰思維吧。
1. 零維
零維可以理解為一個沒有長寬高的點。有人肯定會質疑,再小的點,在顯微鏡下都是有長度的,零維空間是否根本就不存在?的確,零維根本就不存在的,但接近零維的空間就在我們身邊。現在物理學家給我們展現微觀世界的許多古怪現象,其中包括一種叫“零維半導體”的結構,也就是通常物理學上的“量子點”。量子點雖然十分的小,但畢竟還是有體積的,可以讓一個電子剛好進入量子點中。量子點像是陷阱,當電子進入之後,它們就不能移動分毫的距離,完全被限制住了。而且即使我們從外界向一個量子點注入能量,不論能量大小都不能改變電子的狀態,而且進入多少能量就會吐出多少。這種古怪的特性物理學家視為零維結構,量子點可以透過電子和光子的轉換儲存傳遞訊號,用在未來的量子計算機或者更高領域。
2. 一維
一維是一條直線,牛頓的定律在一維空間中可以起作用,一維空間的物體可以前後運動。在量子學家看來,一維空間是真實存在的。比如,他們會製造一個十分狹窄的隧道只能讓電子前後執行。通常兩個電子相遇,電荷因同性相斥的原理會給對方讓路。可是如果在一維空間隧道中,只能前後運動,那麼兩個電子就會相互發生作用而產生一種奇怪的現象。一個電子具有電荷,而另一個電子是自旋狀態。一維空間的古怪現象量子學家已經司空見慣了,科學家目前正在研究一維碳奈米管,準備以它作為導體或半導體材料,用來制未來的量子計算機。
3. 1.5維
不要以為空間維度就一定是整數, 比如1.5維就挑戰了我們慣性思維。數學家早就知道,只要觀測的夠仔細,雲就不是團狀的,山峰也不是錐狀的,海岸線也不是弧形的。它們細微的輪廓比純粹的直線佔有了更多的空間,這樣的輪廓介於一維和二維之間,我們算作1.5維。
4. 二維
二維在數學上是兩條線交叉的平面,但是在物理學中也能實現應用。2004年,科學家首次在實驗室產出“二維物質”,只有碳原子後的平板,類似於人們熟悉的石墨。當我們把電子用強大的磁場限制在二維層面的半導體材料中,並冷卻到絕對零度的1/3時,人們認為不可分割的電子就會破裂成多個粒子,每一個粒子都會擁有電子的部分電荷。這些粒子被稱為“任意子”。總之,在二維的平面空間,從新型藥物到平行宇宙等等事物都會成為可能,等待人類未來的突破和發現。
5. 三維
我們所生活的世界是在三維空間中,根據弦理論,空間可以從零維到十維的任意模樣,這讓物理學家很困惑,既然各種可能的維度都存在,為什麼我們生活在三維的宇宙中,這該如何解釋呢?2005年,美國物理學家在計算計算發起“維度戰爭”,他們用計算機模擬了不同的維度空間,然後相互碰撞彼此產生作用,最後經過爭鬥,三維宇宙和七維宇宙最後倖存了下來,不過這並不能作為我們生活在三維空間的證明。
6. 四維
相對論中提到時間和空間融合成為一個整體——時空。但是這是兩個不同的維度,我們可以在三維空間任意方向旅行,但是在時間維度中只有一個方向。為什麼會這樣呢?
相信大家都知道光也是有速度的,我們所看到的太陽是8分鐘前的太陽。根據相對論,光速在真空中只能無限接近,無法超越。所以物理學家認為,正是由於光速的限制,讓時間這個維度變的和三維空間不同。如果可以超越光速,很可能時間就會停止或者倒流。
7. 五維
我們瞭解了擁有時間的四維,在這個基礎上,1919年,德國的科學家卡魯扎寄給愛因斯坦一篇論文。他認為四維時空增加一個第五維,引力和電磁力就有可能統一成一種力。後來到了1999年,美國科學家發現,如果真的有第五維,就可以解釋一個令人煩惱的謎團,既為什麼引力比自然界的其他力要弱。根據五維時空模型,四維時空處於一個空間無限大負曲率的五維空間上,其中一部分引力洩露在四維時空膜上,處於四維時空的我們就發現了引力。同時,加拿大科學家提出一個石破天驚的觀點,認為五維時空曾經存在,後來破裂成兩部分,一部分是我們的四維時空,另一部分是我們世界所有東西的質量!這個理論解決了為什麼萬物都有質量的難題,而且還解釋了宇宙開端前的奇點。根據大爆炸理論,無限大的溫度和密度,所有物理理論都失效了。
打個比方,生活在二維空間的生物永遠想不到一個金屬點為什麼會有極大的質量。但是對於三維空間的生物,那只是紮在一張紙上的針而已。所以,我們不能理解奇點的無限密度和大爆炸的超光速膨脹,但是對五維時空的生物來說,這並沒有什麼奇怪的。
8. 十一維
1995年,美國科學家提出一種叫做M論的理論統一了各種弦理論。在M論中,宇宙是十一維的,只是其中的7個維度空間蜷縮到了我們觀察不到的地步。甚至還有一種弦理論認為,宇宙有多大26個維度!
我們沒有提到七維、八維、久維或者3.5維之類的宇宙,是因為物理學家無法設計出那樣維度的時空,它們違背了物理學的原理。如今物理學分為兩類,一派認為宇宙是固定的維度,就是我們所生活的真實空間結構。另一派認為,存在很多不同維度的時空宇宙,我們只是恰好生活在四維時空中。
你們想象一下你們的宇宙有多大?
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3 # 寒蕭99
宇宙有多大,只能說以目前的科技水平,還無法探測出整個宇宙的範圍。
目前根據觀測結果,我們可以判定的是可觀測宇宙的範圍是直徑約930億光年大小。什麼叫可觀測宇宙呢?這是根據宇宙空間的一些性質決定的一個界限。
我們發現宇宙空間是一直處於膨脹中的,而這個膨脹的係數,也叫哈勃常數,大約是每增加326萬光年,膨脹的速度增加67千米/秒。因此,根據這個常數,我們可以計算出,距離我們約465億光年遠的位置上,空間膨脹的速度就以達到了光速。而宇宙中最快的速度也就是光速了,那麼也就是說超過這個距離的天體,他們發出的光永遠也傳不到我們這裡,因為他們受空間膨脹的影響,遠離我們的速度已經超過了光速,所以,我們永遠也看不到他們了。
這樣就造成了一個界限,我們只能觀測到這個界限以內的天體,超過這個界限的天體,我們是觀測不到的,這就是可觀測宇宙。
我們現在可以肯定的是,在可觀測宇宙的外面依然是與我們看到的一樣的宇宙,但是無法確定的是,這個完整的宇宙究竟有多大,有沒有邊界。目前有很多的理論推斷出整個宇宙的大小,但沒有一種理論可以找到確實的證據。
因此,目前我們還無法推測出完整宇宙的大小來。而至於說宇宙的外面,那更是一個無法判斷的問題了。
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這個比較複雜,涉及愛因斯坦的相對論,愛因斯坦曾提出宇宙有限而無邊的理論,簡單說就是宇宙相對我們地球來說有界限但卻找不到它的邊際。當代科技發現了宇宙的紅移現象,及行星和星雲的能量在朝遠離宇宙中心的方向擴散,證明宇宙是在膨脹的。至於宇宙大小是有限的那麼宇宙外面是什麼這個問題不能簡單地從空間的角度看,因為宇宙學很大程度上涉及到時間,及時空座標系,而不是像我們現在地球上這樣看 物體的膨脹單單看空間體積就可以了(因為我們的速度相比較光速是可以忽略不計的)。
此外宇宙學的很多理論是得不到證明的,比如即使現在證明了宇宙是有限的,我們也不可能飛到宇宙的邊際去證明。這也就是施蒂芬霍金——當代最偉大的宇宙學家始終不能獲得諾貝爾獎的原因。
針對YLouis的回答的補充:
1917年,愛因斯坦發表他的第一篇宇宙論文《根據廣義相對論對宇宙學所作的考察》。象他多次以一篇論文開創一個領域一樣,這篇論文宣告了相對論誕生。雖然時間已經過去六十多年了,但是,這篇論文所引進的許多觀念至今仍富有生命力。在探索宇宙中,愛因斯坦首先指出無限宇宙與牛頓理論二者這間存在著難以克服的內在矛盾。在原則上,根據牛頓力學不能建立無限宇宙這一物理體系的動力學。從牛頓理論和無限宇宙這兩點出發,根本得不到一個自洽的宇宙模型。因此,必然是:或者修改牛頓理論,或者修改無限空間觀念,或者對二者都加以修改。愛因斯坦放棄了傳統的宇宙空間三維歐幾里得幾何的無限性。他根據廣義相對論建立了靜態有限無邊的自洽的動力學宇宙模型。在這個模型中,宇宙就其空間廣延來說是一個閉合的連續區。這個連續區的體積是有限的,但它是一個彎曲的封閉體,因而是沒有邊界的。
這裡我不過說了通俗易懂點:)。
紅移確實和“有限無邊”理論是兩碼事。
一個天體的光譜向長波(紅)端的位移叫做紅移。通常認為它是多普勒效應所致,即當一個波源(光波或射電波)和一個觀測者互相快速運動時所造成的波長變化。美國天文學家哈勃於1929年確認,遙遠的星系均遠離我們地球所在的銀河系而去,同時,它們的紅移隨著它們的距離增大而成正比地增加。這一普遍規律稱為哈勃定律,它成為星系退行速度及其和地球的距離之間的相關的基礎。這就是說,一個天體發射的光所顯示的紅移越大,該天體的距離越遠,它的退行速度也越大。紅移定律已為後來的研究證實,併為認為宇宙膨脹的現代相對論宇宙學理論提供了基石。上個世紀60年代初以來,天文學家發現了類星體,它們的紅移比以前觀測到的最遙遠的星系的紅移都更大。各種各樣的類星體的極大的紅移使我們認為,它們均以極大的速度(即接近光速的90%)遠離地球而去;還使我們設想,它們是宇宙中距離最遙遠的天體。
光是由不同波長的電磁波組成的,在光譜分析中,光譜圖將某一恆星發出的光劃分成不同波長的光線,從而形成一條彩色帶,我們稱之為光譜圖。恆星中的氣體要吸收某些波長的光,從而在光譜圖中就會形成暗的吸收線。每一種元素會產生特定的吸收線,天文學家透過研究光譜圖中的吸收線,可以得知某一恆星是由哪幾種元素組成的。將恆星光譜圖中吸收線的位置與實驗室光源下同一吸收線位置相比較,可以知道該恆星相對地球運動的情況。
紅移實際上是證明史蒂芬霍金的宇宙爆炸論的有利證據。即星體的能量在朝遠離中心的方向擴散。
至於史蒂芬霍金為什麼不能獲得諾貝爾獎,我也想說明一下史蒂芬霍金的理論已經獲得大多數科學家的認可,他本人也被公認為目前最偉大的理論物理學家,注意是理論物理學家。
因為諾貝爾獎的獲獎專案必須有嚴密的理論並且有實際成功的實驗予以證明。無論是物理學獎、化學獎、生物學獎 、以至經濟學獎都是如此。為證明史蒂芬霍金的宇宙爆炸理論,我們不可能,也沒有科技飛到宇宙的中心,實地測量那裡的能量譜線,又飛到宇宙的邊際,測量紅移譜線,進行比對論證。這也是史蒂芬霍金一直不能得到諾貝爾獎的根本原因。
再補充:
在“有限無邊”的說明中,我似乎沒有提到所謂的中心一詞……
至於宇宙中心,可能我應該解釋一下,這實際指的是宇宙最初大爆炸的起源地。宇宙爆炸模型通俗講就是宇宙的形成起源於一次大爆炸,而爆炸源地、也就是這裡所指的宇宙中心,那裡的物質密度非常的高。而宇宙的膨脹就是爆炸形成的各類星體向爆炸源的相反方向遠離。目前我們是透過紅移現象觀察到的。這個解釋與“無論在宇宙中的哪一點上,看到的周圍的星體都是有紅移運動的”是一致的。因為所有的星體都是在向遠離中心的相反方向移動,只不過他們的紅移不同罷了。
至於史蒂芬霍金不能獲得諾貝爾獎的原因,大家各有各的想法,在此不過交流,沒有必要強求同一。
或許是我的表達能力不夠好,確實,宇宙就是那次爆炸形成的。這裡所謂的中心,其實是指宇宙目前質量密度相對最大的地方,有點像核心區域的意思。總所周知 ,宇宙物質的分佈是不均勻的。就好像太陽系,以太陽為中心旋轉,而太陽系又位於銀河系的邊緣,圍繞銀河系旋轉一樣,中心的物質質量和密度是最大的。
至於宇宙空間的討論,應該還是要考慮時間的因素。很簡單,我們是站在地球的角度在討論宇宙行星等的運動。好比上面提到的“各種各樣的類星體的極大的紅移使我們認為,它們均以極大的速度(即接近光速的90%)遠離地球而去”。既然有速度,有紅移譜線就一定有時間這個參量。速度是單位時間物體透過的距離,譜線能量計算涉及頻率,而頻率正是週期的倒數。這都涉及時間的參量。