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宇宙中最大的幾個問題

來源:星女圈    閱讀: 1.28W 次
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宇宙中最大的幾個問題,宇宙有不計其數的天體,經過這麼多年的探索,人們對於宇宙還處於一知半解的狀態,但是這反而激起了人們的探索之心,下面小編帶大家簡單瞭解一下宇宙中最大的幾個問題。

宇宙中最大的幾個問題1

第一個問題,人類是宇宙中唯一的智慧生命嗎?

有人說,人類的出現就是一個時空的奇蹟!由此可以看出,人類是多麼的特殊。自人類有歷史記錄以來,我們就開始對宇宙產生了強烈的好奇,不停地尋找着宇宙中可能存在的外星生命。然而無數年過去了,毫無收穫。

宇宙中最大的幾個問題

外星文明

不可否認,宇宙如此之大,諸如地球一樣的行星多不勝數,很難相信整個宇宙僅僅只有人類一種智慧生命存在!但無論如何,人類的太空望遠鏡以及探測器所觀測到的所有數據顯示,目前爲止人類仍然是宇宙中已知的唯一智慧生命。

雖然有許多天文臺聲稱自己接收到了來自外星文明的信號,然而終究沒有了下文!所以,人類究竟是否是宇宙中唯一的智慧生命這個問題,依然困擾着人類!也許直至人類文明的終結都不會有答案!

第二個問題,宇宙是如何誕生的?

關於宇宙是如何誕生的,有許多說法,宇宙大爆炸、平行宇宙以及二維世界的全息投影等等!根據哈勃望遠鏡的觀測結果,幾乎所有的星系彼此之間正在遠離,遠離的速度越來越快,由此看來,似乎宇宙大爆炸理論符合實際觀測的結果。

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宇宙大爆炸

然而我們終究無法明白宇宙是如何誕生的`!雖然宇宙大爆炸符合目前的觀測結果,但歸根結底,人類所能觀測到的關於宇宙的數據僅僅只是非常少的一部分,並不足以證明宇宙大爆炸的正確性。況且,極個別科學家認爲宇宙是虛擬的,就像我們在計算機中創造的虛幻世界一樣,如果這個觀點成立,那所有觀測到的數據將毫無意義!

還有些科學家認爲,宇宙存在於一個高緯度空間內,而宇宙中的生命——也就是我們,只是宇宙內部這樣一個低緯度空間的生命。所以,無論我們如何去探索,永遠也不會得到答案,因爲我們無法理解宇宙的運行方式以及存在方式,那是超越了我們維度的東西。

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高緯度空間中的地球

第三個問題,宇宙有沒有終結?

這個問題就像是宇宙有沒有開始一樣,沒有答案!有科學家認爲宇宙會在膨脹到極限之後開始收縮,最終會坍縮成爲一個奇點,然後等待時機再次爆炸形成新的宇宙,如此循環往復!

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宇宙奇點

也有科學家認爲宇宙在膨脹到極限之後會處於穩定狀態,永世長存!甚至還有科學家認爲,宇宙根本就沒有膨脹,一切都是人類科技水平有限,對宇宙認識不足造成的!總之就是,沒有答案。

這本就合情合理,如果我們無法確定宇宙是如何開始的,那麼我們也應該無法確定宇宙會在何時終結,以何種方式終結。

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宇宙的終結

或者說,宇宙的開始與終結本就是同一個問題,明白了一個,必然也就明白了另外一個,而這個問題的答案很可能是非常簡潔美麗的,但遺憾的是,這個答案將成爲人類文明永遠的謎團!

宇宙中最大的幾個問題2

1、宇宙是什麼

宇宙是是空間,時間,物質和能量構成的統一體。

2、宇宙的起源

20世紀以來,隨着天文學的發展,人們提出了幾種宇宙起源的模型。先是愛因斯坦的靜態宇宙模型,發現了哈勃定律後“穩恆態理論”取而代之。發現微波背景輻射後,“大爆炸理論”則最終成爲物理學界普遍認同的理論。

大爆炸理論認爲,宇宙的誕生於一場約138億年前的奇點大爆炸。一切物質與時間都是在那之後產生的。大爆炸早期,正物質和反物質被成對地創造出來。但由於早期的對稱性破缺,正物質的總量比反物質略微多出一點點,隨後很快正反物質湮滅,宇宙中失去了絕大部分的正、反物質。而那剩下來的一點點正物質隨着宇宙的膨脹開始冷卻,凝聚形成了我們現在看到的宇宙。

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圖1:宇宙演化模型

一開始,這個理論面對着3個質疑。即視界疑難,平坦性疑難,和磁單極疑難。

視界疑難:宇宙微波背景輻射(CMB)是大爆炸遺留下來的熱輻射,它在黑體輻射光譜的溫度爲2.73K,而且這個溫度在宇宙的各個方向都是相同的。然而可觀測宇宙中最遠的兩點,隨着宇宙的膨脹,已經遠到以光速都無法在他們之間傳遞信息了(相距約900億光年)。那麼,宇宙的溫度怎麼可能保持得那麼均勻呢?

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圖2:宇宙微波背景輻射圖像

平坦性疑難:科學家通過計算,發現早期宇宙空間是非常平坦的,曲率幾乎處處爲0。爲什麼這麼平坦呢?

磁單極疑難:由於宇宙早期存在對稱性破缺,理論上應該能夠找到一些磁單極子,但是人們至今沒有發現。

對這三個問題最好的解釋來自Alan Guth的“暴脹理論”(Inflationary Theory)。暴脹理論認爲,大爆炸後的

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秒之前,宇宙在緩慢膨脹,進行了充分的熱交換,溫度達到均勻。隨後突然在極短時間內暴脹成爲龐大的宇宙。這樣溫度在暴脹之前就已經均勻了,由於快速的膨脹,時空曲率也被拉平了。而磁單極子迅速分散到整個宇宙中,並由於密度過低,至今沒有被我們發現。當然,暴脹理論雖然能很好地解釋現象,但至今仍然沒有確鑿證據證明其正確。

3、宇宙的年齡

那麼根據大爆炸理論,宇宙的年齡又是多少呢?我們定義宇宙的年齡爲從大爆炸至今的時間。根據哈勃定律

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,退行速度快的天體離我們遠,退行速度慢的天體離我們近,說明宇宙中各處具有統一的年齡(如下圖)。而這個統一的時間t就可以用距離除以速度來計算。我們再看看哈勃定律,時間

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的倒數。因此,只要能精確測量哈勃常數,就能夠求得宇宙的年齡了。

根據普遍認可的對哈勃常數的測量(

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),科學家認爲宇宙的年齡約爲138億年。然而2019年的一些新研究又發現哈勃常數的實際值應該更大,根據新數據宇宙的年齡應該減小到約114億年。

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4、宇宙的大小

由於受到光速的限制,我們能夠觀測的宇宙有一個固定的範圍,半徑爲460億光年。照理說宇宙年齡只有138億年,在離我們460億光年處的恆星所發出的光,就算用盡宇宙誕生至今的所有時間,也不可能走到我們地球,那我們怎麼可能看見他們呢?

問題就出在了宇宙的膨脹上。當這些恆星剛剛形成時,還在宇宙的早期,它們與我們之間的距離還沒有那麼遠。它們那時發出的光經過約138億年到達了我們地球。而今天,隨着宇宙的膨脹,那些恆星已經被”推“到了距離我們460億光年遠處。換言之,我們確實看到了這些距離我們460億光年的恆星,不過我們看到的只是過去的它們。至於今天的它們是否已經壽終正寢,我們都不得而知了。

此外,宇宙的真正大小仍然是科學無法解決的問題,因爲460億光年外的東西,我們就看不到了。也許宇宙真的像有些人所說的那樣,是無邊無界的。

5、宇宙的終點

最後我們來探討一下宇宙未來的終極命運。物理學家們一開始認爲暴脹之後,宇宙會在物質間引力的作用下開始減速膨脹,直到膨脹速度減至0,然後再反向收縮。就像我們向天空中拋出一個小球,小球離開手之後在引力的作用下會減速上升,達到最高點後,開始加速掉落。由此,人們預言宇宙將最終重新收縮成一個奇點,終結於Big Crunch。

霍金在《時間簡史》裏給出的就是這種預言(如圖3)。霍金說,宇宙的演化就像一個地球,時間之矢就像地軸,從北極指向南極。北極表示Big Bang。南極表示Big Crunch。宇宙的隨着時間先膨脹,在“赤道”處達到最大,隨後在引力作用下開始收縮,終結於Big Crunch。

而這樣一個球就是我們所能夠了解到的全部,由於我們的維度不夠高,我們看不到這個球之外的東西。假設我們站在球頂部Big Bang那一點上,我們無論往哪個方向走,都會走向未來。所以我們無法討論在Big Bang“之前”有什麼。

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圖3:宇宙演化與地球的類比

然而,戲劇性的是,霍金的這個預言如今已經被觀測結果所拋棄。1998年三位物理學家在觀測Ia型超新星爆發時,得到數據證明宇宙從距今大約40億年前開始,由減速膨脹又轉變爲加速膨脹了。在圖1中我們看到最右端Modern Universe那裏有一個鐘形的開口,可見宇宙的範圍正在加速擴大。

至於爲什麼加速膨脹,仍然是一個謎。科學家們的新猜想是宇宙中充斥着我們難以觀測的“暗能量”。暗能量提供“萬有斥力”,將物體相互推開。曾經有一段時間物質間引力大於斥力佔主導,於是宇宙減速膨脹。但40億年前開始,由於宇宙物質密度減小,暗能量超過了引力,開始占主導地位。於是宇宙又開始加速膨脹。當然,人們至今還未發現任何暗能量存在的證據,因此無法爲該理論提供有效的證明。

基於宇宙加速膨脹的理論,未來各個星系之間的距離會變得無比遙遠。太空旅行也會變得相當困難。至於宇宙的終結,有科學家認爲會是一場“大撕裂”。即“萬有斥力”變得越來越強大,以至於在約500億年後,我們的銀河系,太陽系,甚至所有原子都會被這種斥力所撕裂,一切生命自然也將不復存在。

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