探索:宇宙是怎麼膨脹的?宇宙空間外面是什麼?

2021-01-15 邊界筆記

宇宙的生命從大爆炸開始,將近140億年前,一直膨脹擴大至今日。

但它是在膨脹的終點是哪裡呢?

體內膨脹的宇宙

愛因斯坦曾在廣義相對論中用方程把空間和時間描述為一種相互連接的宇宙的構造。

這意味著我們所知道的空間和時間只作為宇宙的一部分而存在,並不存在於宇宙之外。當日常生活中的物體膨脹,它們會佔據更多空間。但如果並沒有存在外部的空間供給宇宙一直膨脹,那宇宙一直膨脹的終點到底是什麼情況?

1929年,愛德文·哈勃的天文觀測給了我們一些的答案。他對夜空的調查發現了所有遙遠的星系會朝著遠離地球的方向移動。此外,越遙遠的星系,後退移動的就越快。

你可以這樣來理解,想像一塊葡萄乾麵包在烤箱中膨脹,每顆葡萄乾之間的麵糊膨脹的量是相同的,如果我們想像葡萄乾是星系,麵糊是它們之間的空間,那我們可以想像:

星際空間的拉伸或膨脹會讓星系遠離彼此。而且任何一個星系在相同時長裡與它遠處的星系會比更臨近星系移動更長的距離。果不其然,廣義相對論的公式預測會有一場重力和擴張的較量。

只有在星系之間黑暗空虛的空間中擴張才會勝出,於是這些空間會膨脹。

也就是說,宇宙正在自己的內部進行擴張。

宇宙之外的探索--多重宇宙

即便如此,宇宙學家正在探索數學模型的極限來推測存在於我們的時空之外的是什麼,它是基於針對宇宙大爆炸科學理論漏洞的科學假設。

大爆炸理論預測物質會均勻的分布在宇宙中,以一種稀薄的氣體存在。那麼,星系和星體是怎麼形成的呢?暴脹理論描述了一段短暫的快速擴張的時期把早期宇宙中能量的量子波動聯繫到了氣體團的形成,最終形成星系。

如果我們接受這個理論,它也可能意味著我們的宇宙代表了一個在永遠膨脹的更大的宇宙中的一個區域。關於這個推測的真實性,我們什麼也不了解,除了在數學上預測了這無盡的膨脹的背後可能是由一種不穩定的量子能級所導致的。

不過,在很多局部的區域中,這種能量可能會隨機的安定下來進入穩定的狀態,停止膨脹並形成多個泡泡宇宙。每一個泡泡宇宙(我們的宇宙也是其中一個)會有自己的大爆炸和物理定律。

我們的宇宙會是一個更大的多重宇宙的一部分,它極速的膨脹使得我們不可能與其他宇宙相遇。大爆炸理論還預測了在高溫的早期宇宙中,我們的4種基本力可能統一成一股超級力。

數學的弦理論描述了這個統一的過程,在這些被提出的模型中,振動的弦是組成宇宙的基本單元。曾經相互競爭的弦理論模型現在已經合併鞏固成了一個統一的描述,並且指出這些結構可能與「膜的高維度平面」相互影響。

「膜的高維度平面」理論猜測,我們的宇宙很可能是存在於一個漂浮在未知的高緯度空間的膜裡叫做「體宇宙」的空間中,或稱為超空間。包含其他類別的宇宙(其他膜)可能會共同存在於超空間,相鄰的膜甚至可能會共有一些基本力,比如重力。

永恆膨脹和膜的結論都同樣指向了多重宇宙的說法,但在永恆膨脹中的宇宙是孤立的,而膜宇宙的說法可能會宇宙之間相互彭撞。

宇宙微波背景輻射(早期大爆炸遺留下來的遍及我們宇宙的輻射)就是這樣的碰撞產生的回聲。不過,至今為止,我們沒有找到這樣的宇宙回聲。

不過在目前來說,這些猜測都僅僅處於是對數學模型的推測性的探索階段。雖然很多科學實驗啟發了這些模型,可是目前還只有很少的客觀實驗可以直接測試這些模型。

在下一個愛德文·哈勃到來之前,科學家們很可能會繼續爭論相互競爭的模型的美妙與簡潔性,並且繼續夢想著,存在於我們的宇宙之外的是什麼,或者說,我們的宇宙到底有外面嗎?

相關焦點

  • 宇宙的不斷膨脹,告訴我們外面還有空間,宇宙之外到底是什麼?
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  • 宇宙的膨脹,告訴我們外面可能還有空間,那麼外面會是什麼?
    宇宙的溫度也在宇宙不斷膨脹的過程中慢慢冷卻下來,之後才有了恆星,行星,星系等各種天體和物質的不斷形成。宇宙的膨脹並不難觀測,通過天文望遠鏡,我們很容易就可以觀測到宇宙深處星系在不斷遠離我們,離我們越遠的星系,遠離我們的速度也越快,於是有了可觀測宇宙的設定。宇宙的不斷膨脹也在告訴我們這樣一個道理:那就是宇宙之外可能還有空間,那麼宇宙外面會是什麼?
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  • 宇宙外面是什麼?霍金告訴你答案
    10月24日消息,宇宙外面是什麼
  • 宇宙一直在膨脹,表示外面還有空間,那麼宇宙外面到底是什麼呢?
    隨便翻開一本現代天文書刊都會告訴我們,宇宙誕生於一個奇點在138.2億年前的爆炸,一直到現在宇宙已經達到了930億光年的可觀測宇宙,但它仍然在高速膨脹中,如果有人問宇宙外面是什麼呢?答案是外面不存在時間與空間,什麼都沒有!
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  • 宇宙一直膨脹,表示外面還有空間,外面到底是什麼呢?
    隨便翻開一本現代天文書刊都會告訴我們,宇宙誕生於一個奇點在138.2億年前的爆炸,一直到現在宇宙已經達到了930億光年的可觀測宇宙,但它仍然在高速膨脹中,如果有人問宇宙外面是什麼呢?答案是外面不存在時間與空間,什麼都沒有!
  • 終極探秘:宇宙膨脹究竟是什麼在「膨脹」?
    1929年,美國天文學家哈勃根據天文觀測結果「所有星雲都在彼此互相遠離,而且離得越遠,離去的速度越快」,得出結論:整個宇宙在不斷膨脹。哈勃認為宇宙膨脹的依據是:宇宙空間裡所有星雲都在彼此互相遠離。因此,我們可以理解為:宇宙空間在膨脹導致星雲彼此相互遠離,或者理解為星雲在無限宇宙空間裡「向外」運動。宇宙由物質、空間和時間構成,宇宙膨脹究竟是什麼在「膨脹」?假設是「空間」膨脹(宇宙空間變大),則宇宙空間有限有界(宇宙空間膨脹之前始終要比膨脹後小),試問,宇宙之外是什麼?(宇宙之外由什麼構成?)
  • 宇宙有邊界嗎,宇宙的外面是什麼?
    這種宇宙模型被稱為開放式模型。第三,宇宙會如同封閉式、開放式一樣膨脹,此後雖然宇宙也不停地膨脹,但總是在收縮的邊緣徘徊。這種模型被稱為平直式模型。不論是封閉的宇宙模型還是開放的宇宙模型,抑或是平直式模型,隨著時間的推移,星系的退行速度肯定是會減慢的。然而,生存在膨脹宇宙中的人類根本無法斷定宇宙的模型到底是上述的哪一種。
  • 宇宙的外面到底是什麼?科學家給出答案,顛覆人的三觀
    宇宙的外面到底是什麼?科學家給出答案,顛覆人的三觀大家都知道,太陽是太陽系最大的天體,而對於我們人類來說,太陽的重要性毋庸置疑,但是對於整個宇宙來說,太陽甚至無法成為一粒塵埃,太陽不過是銀河系2000億顆恆星當中,最為普通的一顆,而宇宙對於人類來說,目前充滿著神秘感,以人類的科學技術來說,我們現在也僅僅探索到了宇宙的一些皮毛而已。
  • 宇宙不斷的膨脹,已成直徑930億光年的大球!它的外面是什麼?
    我們都知道宇宙是非常大的,那麼也一直是我們的好奇點,宇宙那麼大那麼它的起點和終點究竟在哪裡呢?又是什麼樣的呢?因為人們的好奇之心,因此開始不斷的探索宇宙的奧秘,宇宙中的很多現象都在追求原因,是因為什麼樣的事情才會導致這樣的結果。
  • 地球的外面是太陽系,太陽系的外面是銀河系,宇宙在外面是什麼?
    我們現在都知道,地球是一個球體,地球在宇宙中是塵埃一樣的存在,地球的外面是太陽系,太陽系的外面是銀河系,銀河系的外面還有更廣闊的空間,那麼你是否想過,宇宙的外面會是什麼?如果你認為宇宙就是最大的,不可能存在外部空間,那你的思維就和古人認為地球就是最大的,地球的外面不可能存在空間一樣。
  • 宇宙有邊界嗎?宇宙外面是什麼?說出來你可能不信!
    宇宙有邊界嗎?宇宙外面是什麼?說出來你可能不信! 宇宙一直是人類探索不盡的領域,我們所能探測到的宇宙就是可見的物質,它們的佔比只有5%,而宇宙剩餘的95%
  • 宇宙外面有什麼?答案讓人細思極恐
    那麼,全宇宙外面又是什麼呢?如果我們想知道整個宇宙的外面是什麼,是因為宇宙空間本身在超光速膨脹。我們看不到整個宇宙的樣子,不知道整個宇宙有多大,更不知道宇宙外面是什麼,或者宇宙到底有沒有外面。對於宇宙外面的樣子,天文學家提出了超乎想像的觀點。
  • 宇宙外面是什麼?科學家終於找到了答案!
    同學們還不過癮,讓東升時評(微信公眾號:dssp99)多寫一些科普類的文章以饗讀者,愛好時政新聞的大家們對科學的熱情令人始料不及,這也正說明我們的國家處在一個冉冉升起的、鮮活的、積極向上的年代。廢話不多說,這篇文章就講講宇宙外面是什麼。 宇宙外面又是什麼?這個問題恐怕99%的人都回答不了。
  • 宇宙外面是什麼?宇宙有多大?
    宇宙外面是什麼?宇宙到底有多大?相信很多人都曾經試圖找到這個問題的答案,事實上物理學家們研究宇宙已經很久了。
  • 宇宙外面是什麼?
    從很小我就一直在思考這個問題:宇宙外面是什麼?今天讀了《三體》最後兩章,感慨於作者的巧妙而嚴謹的構思,同時我對宇宙外面是什麼有了新的想法。有兩種可能:1、宇宙外面什麼也沒有,沒有空間,沒有時間,這種說法很玄學,我無法證實它也無法推翻它。2、宇宙外面有空間,有時間。
  • 宇宙的外面是什麼?
    (人類在銀河系這裡)一個外面是房子,房子外面是小區,小區外面是城市,城市外面是國家,國家外面是世界(地球),地球外面是太陽系,太陽系外面是銀河系,銀河系外面是宇宙。那麼宇宙外面是什麼呢?如果每個人算一個宇宙,他在自己的宇宙中獨舞)第一種回答,宇宙是無限的沒有宇宙外面,這是目前人類最直觀的感受。
  • 宇宙有邊界嗎?如果有,那麼宇宙外面是什麼?
    宇宙一直是人類探索不盡的領域,我們所能探測到的宇宙就是可見的物質,它們的佔比只有當我們試圖去尋找宇宙的邊界,去尋找宇宙之外是什麼,卻發現宇宙膨脹的速度至少也是光速,人類完全沒有任何儀器觀測。許多人認為宇宙是有邊界的,因為宇宙既然是一直在膨脹,那麼它所膨脹的空間來自哪裡呢?肯定存在宇宙之外的空間留給了宇宙膨脹的空間,關於宇宙是否有邊界,宇宙之外是什麼,科學家給出了答案。宇宙是否有邊界?