仰望星空,我們通常能看到滿天的繁星,在浩瀚的宇宙中閃爍著神秘的光芒。眼見為實,它們的形狀在人類的長期觀測中都是球狀物,雖然本質上如太陽系,銀河系或其它星系,甚至是黑洞,其形狀都傾向於扁平的圓盤。這些都是重力作用在物體上的自然體現,那麼對於廣袤的宇宙,它的形狀會不會也是這樣的呢?
我們想像一下,如果從外部視角看整個宇宙,它會是什麼樣子呢?對於這個問題,你是不是也很疑惑?還是一直很好奇?
其實,從古至今,人類一直都想知道宇宙的形狀。
這也是人類心中真正的想法。像生活中,人們要把事物分類,並嘗試將混亂的事物整理得有序。這樣做的目的之一,就是想知道它最終是的樣子。
對於宇宙的形狀,通觀人類有史以來的記載,都有關於這個問題的答案。
我國古人對於宇宙的形狀曾提出蓋天說、宣夜說和渾天說,其中漢代學者張衡也曾提出「宇之表無極,宙之端無窮」的無限宇宙論。
印度耆那教認為,宇宙的形狀類似於一個人的身體,它有一個狹窄的頂部,寬大的中間和底部。
古代以色列人認為,宇宙是一個漂浮在水面上的扁平圓盤。
哲學家亞裡斯多德認為,我們的宇宙是一個球體,因為球體是最完美的形狀,
印度教的經文中也有相關記載,宇宙就像一個巨大的宇宙蛋,裡面包含著世間萬物。
古埃及人把宇宙想像成,以天為盒蓋、大地為盒底的大盒子,大地的中央則是尼羅河。
等等,無不包含著人類對宇宙形狀的各種想像。
隨著人類對宇宙信息了解的越來越多。目前人類已經可以藉助人工智慧的輔助,模擬出宇宙的形狀,並可以得出一個科學的答案。
談論起宇宙形狀這個話題,最繞不開的,當然是愛因斯坦的廣義相對論。
根據愛因斯坦的廣義相對論,宇宙空間的曲率,取決於宇宙中物質場的分布。所以,只要測準了宇宙中物質場的分布,那麼就能推斷出宇宙空間的形狀。所以,從這個意義上來說,宇宙空間的形狀由曲率決定。
科學家將宇宙中的實際質量與臨界密度進行了比較,確定了宇宙有三種可能的形狀。
如果宇宙的密度小於臨界密度(即宇宙空間具有負曲率),那麼宇宙中就沒有足夠的物質來抵消和阻止膨脹,屆時,空間就會一直膨脹下去。在這種情況下,宇宙被認為是一個開放的曲面,它呈馬鞍形。
同時,這也意味著發出的光將不會回到它起點的地方,而是會永遠的持續向前,並且離它的起點越來越遠。隨著時間的繼續,將會到達一個點,在那裡物質會被拉伸、撕裂,最終變成碎片。我們的宇宙也將以大撕裂而告終。
如果宇宙的密度大於臨界密度(即宇宙空間具有正曲率),那麼宇宙將會停止膨脹。最終會成為一個封閉的球形。在這種情況下,宇宙是有限的,雖然沒有可辨識的邊界。同時,這也意味著,任何光在繞著宇宙旅行之後,最終都會到達它開始的地方,一個球形的宇宙最終以大收縮結束。屆時,所有的物質都開始被拉向自己並粉碎。我們的宇宙也將以大坍縮而告終。雖然這不是宇宙形狀的普遍接受的觀點,但科學家的研究指出了這一點。
2019年一篇發表在《自然天文學》上的論文,就宇宙的形狀做了相關論述,根據普朗克衛星對宇宙微波背景輻射的測量,有99%的可能性,我們宇宙是封閉的。這篇論文認為,標準的宇宙學模型是建立在暗物質基礎上的,沒有人真正見過暴漲中的暗能量和暗物質。
我們也或許需要一套完全不同的物理規則來研究我們宇宙的形狀。
總體上說,關於宇宙的形狀,最廣為接受的理論是,它的實際密度等於臨界密度,即宇宙是扁平的,它像一張紙,無邊無際,科學家們利用威爾金森微波探測器的數據,得出了這個結論。
如果宇宙是平的,那麼微波背景波動就只有一度左右,事實證明就是這樣。2013年,NASA宣布宇宙是平坦的,誤差只有0.4%。
這意味著宇宙的總體密度大約是每立方米5.9個質子,其中4.6%的質量是原子。24%是暗物質,71%是暗能量。宇宙的盡頭與馬鞍形宇宙的盡頭相似,所有的物質最終都將被撕裂成碎片。
儘管宇宙最可能的形狀是馬鞍、球體或一張紙,但這並不意味著沒有其它的形狀。
宇宙的形狀也可能像許多不同的食物。
有理論認為它的形狀像一個甜甜圈或圓環,在那裡宇宙是平的,但它連接著多個地方。
如果是負曲率的話,它也可以像喇叭一樣,一端非常寬,另一端非常窄。這樣的話,生活在窄的一端的人只會經歷兩個維度。
宇宙的形狀甚至可以是不定向的。這意味著如果你沿著這樣一個循環旅行,你會回到地球上,這時,你的心在你身體的另一邊、你的手錶也在逆時針方向走動,你會看到其他人都是鏡像。
其它可能的形狀包括立方體、六角稜鏡、煙囪、甚至扭曲的煙囪。
回想一下,剛才我們講述的,古印度人相信宇宙的形狀像一個宇宙蛋,裡面包含著天地萬物。
古以色列人相信宇宙是一個平坦的圓盤
我國古人也認為「宇之表無極,宙之端無窮」等等。
他們的猜想與我們現在的觀點和理論大致相似。古人的超前智慧,足以另現在的我們嘆服。
總體來說,人們一致認為宇宙的形狀很可能是一張無邊無際紙。
但隨著人類的發展和對世界認知的不斷進步,人類也可能發展出新的物理學理論,從而更進一步了解宇宙的形狀。
朋友對於宇宙的形狀,你怎麼想?請在留言區留言告訴我們。
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