为什么宇宙会永远膨胀下去吗扩张?

事实上,宇宙是一个非常复杂的有机体,甚至还存在一些我们无法理解的规律。大爆炸是如何发生的?以及在大爆炸之前或之后到底发生了什么?这些问题都有待于科学家们继续去研究。然而,研究人员又遇到了另一个问题,就是关于宇宙膨胀方面的问题。为什么太空在扩张?暗能量又是怎么一回事?今天,就让我们试着去弄明白这些问题吧。我们是怎么知道宇宙在扩张的?宇宙膨胀是一个理论术语,尤其是在20世纪末,通过观察到超新星之后,这个术语就变得越来越流行了。这些空间物体有一个显著的特点,就是它们明亮的闪光会迅速消失。来自美国和澳大利亚的科学家发现,最近观察这些超新星的亮度要比以往更加黯淡了,于是,这可能就意味着这些物体正在远离它们原来的位置,而且移动速度还很快。这种现象几乎可以肯定地证明宇宙的膨胀。甚至科学家还引入了一个度量空间尺度的量,即:哈勃常数。测量结果显示,一个距离我们10亿光年远的星系正以24000公里/秒的速度远离我们。哈勃常数直接取决于空间的曲率,这样就有可能解释宇宙的膨胀问题,因为在这种情况下,一个三角形的角度之和不一定是180度(与通常意义上的概念不同)。例如,针对球面几何,这是有效的。然而,这种关于空间膨胀的解释与平面宇宙的实验是相矛盾的,几何学仍然属于欧几里德范畴,至少它位于空间的可见部分。暗能量是罪魁祸首哈勃常数除了取决于空间曲率外,同时还取决于能量密度。这有什么用?其实它的用途就是对宇宙中由行星、恒星和其他可见物体组成的“普通”物质进行了相当准确的评估。例如,爱因斯坦的质能方程把能量、质量和速度联系起来,这就是测量的完美方法。在得到数据后,科学家们对此都很惊讶,为何?原来“普通”物质和暗物质只占宇宙所有物质的三分之一左右。那么,你可能会问,那空间的其余近70%部分是什么东西呢?对此,科学家们提出了一个新的术语——暗能量(为了简单起见,我们有时称它为“神秘的东西”),所以这个东西就是暗能量。据推测,是它在扩展宇宙,并且这一过程正在加速。另外,来自我国的科学家对宇宙中重子声学振荡的测量进行了检验,并部分证实了暗能量的动态特性,这是一个由中子和质子组成的物质波动。很显然,暗能量对我们人类来说是不可见的,它只能通过在与空间物体的引力相互作用中表现出来。可能这个东西在整个宇宙中是均匀分布的,而不是成堆的。此外,暗能量还有另一个特性,正如前面提到的,就是扩展宇宙的能力。但暗物质这样做,会以什么为代价呢?暗能量可能与反重力有关,促使物质的扩张。从根本上讲,这个因素区分了“神秘的东西”和“普通”物质。暗能量似乎在推动周围的一切,从而每秒都在增大宇宙。暗能量也有一个恒定的密度,该属性是通过实验建立的,当然,数据的准确性也并不是绝对的。尽管宇宙的体积在不断增大,但暗能量的密度在过去的80亿年里并没有什么变化。就像开着一辆耗油的汽车,这不就和节能定律相矛盾了吗?事实上,在整个宇宙中,我们不可能引入空间总能量的概念,还应该考虑引力场。在这种情况下,能量守恒定律就不能适用了。顺便说一下,暗能量的这种反常行为似乎是显而易见的:暗能量影响着空间,而它本身也取决于某种“神秘的东西”。有第四个维度吗?我们如何去解释暗能量?科学家说,可以用弦理论来解释。根据这个理论,整个世界都是由小的振动弦状物体组成的。弦论还认为,空间维度不是3维,而是更多。那么,暗能量是一个来自附近空间的“客人”吗?来自瑞典的科学家提出了一个新的模型,并用不同的方式证明了宇宙的膨胀。研究人员认为,整个世界正处在一个巨大泡沫的边缘,而泡沫又在另一个维度上增加。科学家们说,他们的模型与弦理论很吻合。同时,他们还认为,这样的泡沫可能还有很多。接下来呢?遗憾的是,如果用常规方法去探测暗能量的话,这几乎是不可能的。也许在将来,我们可以更详细地研究暗能量对“普通”物质的引力影响。所以,对宇宙的膨胀解释具有一定的模糊性,并没有一个准确的说法。假如没有暗能量的话,宇宙又是怎样?我们获得的“神秘事物”的性质是基于广义相对论,但如果把宇宙空间扩大了,广义相对论是不是还管用呢?在这种情况下,我们将不得不写一套新的宇宙法则,这个宇宙法则将建立在广义相对论的基础上,并考虑万有引力的特征。总之,宇宙具有复杂性,真实情况是不是如以上推断的那样?我想,还需进一步去检验。但你要相信,科学是永不止步的,总有一天,我们会了解真相的。}
相信大家知道“宇宙”这个概念之后,肯定会思考这样一个问题:“宇宙的外面有什么?”。这个是一个很有趣也很严肃的问题,首先,“宇宙”这个词对于目前的人类文明来说,就是“一切”,我们已知的一切都在宇宙之中,所有的物质和能量都是宇宙的一部分,包括人类本身,也是宇宙的一部分。看到这里你可能会觉得奇怪,人类为什么是宇宙的一部分呢?人类拥有自我意识,每个自我意识都会认为自己是相对独立的个体,但是从本质上来说,组成人类身体的物质并没有什么特殊的,在大自然中随处可见,只不过组成方式不同,人类的大脑也是由各种各样的基本粒子组成,所以我们也是宇宙的一部分,宇宙中的一切物质都源自于宇宙大爆炸。先不说宇宙之外存在什么,光说人类的科学体系就是完全建立在宇宙之内,目前对宇宙之内的事情人类科学还不能完全描述,更别提是宇宙之外的事情,宇宙之外很可能不会遵循宇宙内的物理定律,这也就造成了一个很大的问题:就算宇宙之外存在空间,人类也无法描述这个空间。在很长一段时间内,人类都认为宇宙无限大,并且存在的时间无限久远,因为人类当时的科技不够发达,观察不到宇宙的尽头,同时宇宙在大尺度下表现出的一切都太过于庞大了,其次还有一个很严肃的问题就是,如果宇宙不是永恒的,科学家就需要解释宇宙是从何而来的这个问题,显然越思考越复杂。所以在很长一段时间内,科学家都认为宇宙是永恒且稳定的。但是在后续科学发展的过程中,物理学家逐渐发现了一些疑点,证明我们的宇宙并不是静止的,而是在不断的膨胀,银河系周围的星系大部分都在远离银河系,同时距离地球越远的星系,远离我们的速度就越快,于是科学家推测我们的宇宙本身在“膨胀”,银河系就像是位于一个气球的表面,气球在膨胀的过程中,虽然银河系没有移动,但是因为气球表面的扩张,我们会距离周围的一切越来越远。既然宇宙在膨胀,就证明宇宙之外还存在空间,要不是怎么“膨胀”的呢?从地球向外观察宇宙,也受到了宇宙膨胀的限制,从现在的理论可以判断,宇宙是从一个无限小的“奇点”爆炸而来,在爆炸后宇宙就在暗能量的推动下开始膨胀,并且在初期经历了一段膨胀速度超快的“暴涨”时期,在很短的时间内膨胀了无数倍,后续暴涨停止,宇宙膨胀速度恢复正常后,仍然在不断的加速膨胀,科学家认为目前宇宙膨胀的速度早就超过了光速,所以距离地球足够远的恒星发出的光,是永远无法抵达地球的!人类可以看到的宇宙范围,被我们称为“可观测宇宙”,可观测宇宙的直径在900亿光年左右,这个范围之外仍然是宇宙,只不过因为宇宙膨胀的原因我们观察不到罢了,也正是因为这个原因,人类至今也没搞明白宇宙到底有多大,也没搞清楚宇宙的具体几何形状是什么样子,自然很难去推测宇宙之外是什么样子的。根据人类现在的观测,宇宙在大尺度上应该是“各向同性”的,也就是从宏观的角度来看,宇宙的不同区域并不存在什么差别,但是在可观测宇宙内,人类观察到的物质结构并不是这样的,有100亿光年的巨大“宇宙长城”,还有几十亿光年的“宇宙空洞”,这些巨型宇宙结构的出现代表,我们的可观测宇宙只是整个宇宙的很小一部分。并且,我们还要明白一个问题,奇点并不是存在于某个我们不知道的空间中,而是在奇点爆炸发生之后,才出现了“空间”的概念,如果宇宙大爆炸没有发生,那么除了奇点之外一切都不存在,不论是时间还是空间都不存在,更别提是物质和能量了,而时间和空间本身,也需要有物质和能量的存在才有意义。还是和前文提到的一样,就算宇宙之外真的存在什么,也是人类无法描述的,空间这个词本身就是人类根据宇宙创造出来的词汇,用来描述宇宙之外的事情肯定会存在错误和偏差。在人类的观察中,还发现了一个很有趣的现象,在我们的想象中,宇宙应该是一个巨大的球形空间,而现实可能和我们想象的完全不一样,如果宇宙真的是一个球形的空间,那么宇宙中平行的两束光会在不断运动距离的越来越近,如果两束光在不断运动后彼此之间相距的越来越远,就代表宇宙的形状是闭合的马鞍形。可是,人类在宇宙中观察到的所有光线都是绝对平行的,光线一直都在沿着直线传播,这代表我们的宇宙形状可能是绝对平坦的!这也和弦理论不谋而合,我们的宇宙可能是一个“膜”,被夹在更高的维度之间。如果从弦理论去思考这个问题,宇宙之外就是更高或者是更低的维度,人类是单纯的三维生物,无法想象和描述其他维度,自然也就无从知晓和推测宇宙之外是什么样子了。除了更高的维度,还有其他答案吗?其实还有理论认为,我们的宇宙之外存在其他的宇宙,也就是我们常说的“平行宇宙”,这些宇宙可能和我们的宇宙类似,也有可能完全不同。归根结底,还是因为人类可以观察的范围太小了,如果我们的科技足够发达,可以观察到更大的宇宙空间,或许就会对这些问题有更合理的猜测,目前人类就像是地球上的一只蚂蚁,这个蚂蚁不论怎么努力,都无法想象地球的全貌,更别提是宇宙之外的宇宙了。所以,目前人类无法解释宇宙之外的一切,只有在未来人类的科技和理论都发展到相应的程度后,这个问题才能得到解决!}

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