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  • 1 # 使用者5180720438130

    就我們人類的願望而言,是要徹底的瞭解我們的宇宙,這也是最終的科學夢想:不僅要儘可能全面和深入地理解支配宇宙現實的規律,還要理解存在的每一個粒子從宇宙誕生到今天的行為。

    但是這個夢想並不一定是我們能夠實現的,宇宙如此之大即使我們有再好的裝置和更理想的觀察方法,我們現在和將來都能觀察到的部分仍然是有限的。在我們可觀察的宇宙中存在有限數量的粒子和有限數量的能量,我們能收集的資訊也是有限的。所以以下就是我們透過我們已掌握的知識瞭解的宇宙極限。

    我們目前所掌握的宇宙

    我們認識宇宙面臨的最大阻礙是什麼?它造成我們對宇宙認知的侷限

    大爆炸後,宇宙幾乎是完全均勻的,各向同性的,充滿了快速膨脹狀態的物質、能量和輻射。

    想想大爆炸以及我們今天生存的宇宙,起源於一個能量高度緻密的一個點。回想138億年前的那個時刻。宇宙經歷過暴脹過程,空間拉扯著物質以超光速擴張,即使光可以以極限宇宙速度(光速)穿梭空間,我們能看到的距離也是有限的。因此,我們只能看到有限的距離,可觀測宇宙中只有有限數量的物質,我們能獲得的資訊量也是有限的。

    我們認識宇宙面臨的最大阻礙是什麼?它造成我們對宇宙認知的侷限

    我們知道有多少恆星存在於我們的星系中(約4000億顆),有多少星系存在於整個可見宇宙中(約2萬億顆)。我們知道宇宙是如何聚整合星系、星系團和星系結構細絲的,以及它們是如何被巨大的宇宙空間分隔開的。我們知道定義這些結構的宇宙距離的尺度,以及宇宙是如何隨時間演變的。

    我們認識宇宙面臨的最大阻礙是什麼?它造成我們對宇宙認知的侷限

    我們目前所認可的大爆炸

    在大爆炸和廣義相對論的框架下,當我們發現一個星系的距離與離我們的衰退速度相關時,(越遠的星系遠離我們的速度更快,這是個革命性的發現)這說明空間結構本身正在擴張。如果是這樣的話,那麼宇宙不僅應該膨脹,而且應該在不斷的冷卻,因為隨著時間的推移,光的波長會被拉伸到越來越低的能量。我們應該會看到一種大爆炸遺留下來的具有特殊性質的輝光,可以追溯到最早的時代,這就是宇宙微波背景。透過微波背景我們應該能看到一個不斷演變的宇宙結構網。我們應該看到,最早的氣體雲應該有特定比例的輕元素,根本不存在重元素。

    我們認識宇宙面臨的最大阻礙是什麼?它造成我們對宇宙認知的侷限

    宇宙演化

    所有這些預測以及更多關於早期宇宙的預測已經被證實。我們知道我們的宇宙開始於一個更熱、更緻密、更均勻和更快速膨脹的狀態:這就是我們所知的大爆炸。

    因此,當科學家聲稱大爆炸是宇宙的開始,這種說法是很有誘惑力的。然後你可能會想,如果我們能理解開始和支配現實的科學法則,我們就能知道所有存在中發生的一切。我們所需要做的就是利用物理定律進行推斷。但是當我們天真地推斷出宇宙的最早階段,並將我們所期望的與我們所觀察到的進行比較時,會有一些重大的驚喜和困惑。

    大爆炸帶來的困惑

    我們認識宇宙面臨的最大阻礙是什麼?它造成我們對宇宙認知的侷限

    如果宇宙的密度稍微高一點(紅色),它就已經重新坍縮了;如果它的密度稍微低一點,它就會膨脹得更快,變得更大。大爆炸本身並沒有解釋為什麼宇宙誕生時的初始膨脹率能如此完美地平衡總能量密度,宇宙根本沒有空間曲率的存在。我們的宇宙在空間上看起來非常平坦。

    有幾個主要的謎題,如果你試著回到宇宙開始時任意的熱,密度狀態的框架內,就會出現以下主要的困惑:

    宇宙會膨脹到湮滅或幾乎立即重新塌陷,永遠不會形成恆星或星系,除非初始膨脹速率和初始能量密度完全平衡。

    宇宙在不同的方向會有不同的溫度,(這是已經觀測到的不存在溫度差異)除非有什麼東西使宇宙各處的溫度相同。

    宇宙將充滿從未被探測到的高能遺蹟。

    然而,當我們觀察我們的宇宙時,它確實有恆星和星系,各個方向的溫度都是一樣的,它沒有這些高能的遺蹟。這些都是大爆炸解決不了的問題,怎麼辦?科學家只能繼續提出假設完善大爆炸。

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