宇宙盡頭是什麼?三種情況都指向同一結果!科學家:宇宙沒有結果

2020-12-04 星辰大海路上的種花家

哲學終極三問是人類追求科學真理的源動力,其實宇宙同樣有終極三問:宇宙是怎麼誕生的?宇宙有多大?宇宙的未來會發展成怎麼樣?

宇宙什麼怎麼誕生的?

牛頓的以有限的空間內萬有引力會讓宇宙逐漸收縮到一起的推論,認為宇宙可能是無限大的,這一點非常有意思,儘管這可能不是牛頓想要的結果,但他還是相信了科學的判斷!而奧伯斯則從星光沒有將夜晚照成白晝,則推測出宇宙有並非穩恆態,那麼宇宙必將有一個起始點!

當然兩位偉大的科學家只是根據推測,儘管非常有道理,但仍然缺乏證據,而這一切需要到愛因斯坦的廣義相對論誕生後才能進入實質性的探討階段!1916年廣相引力場公式發布,1917年就被應用到了宇宙,誕生了廣相宇宙學!

不過比較有意思的是愛因斯坦自己已經發現了宇宙非穩恆態,但他卻被當時流行的穩態宇宙所迷惑,加入了宇宙常數保證宇宙處在靜態下,但他掩耳盜鈴般的舉動不能不能讓其他科學家繼續發現,蘇聯物理學家弗裡德曼和比利時的勒梅特都發現了宇宙模型的場方程,發現在大多數假設條件下,宇宙都是膨脹的,而勒梅特則更進一步提出宇宙誕生於一個「原生原子的假說」!認為宇宙都從這個原生原子膨脹而來!

哈勃的觀測證明了宇宙正在膨脹,伽莫夫和拉爾夫·阿爾菲和羅伯特·赫爾曼則在膨脹論為勒梅特的爆炸論鋪路,前者創立了太初合成理論,後者則論證了大爆炸後的餘暉!1930年代後興起的射電天文,在初期快速發展的同時逐步驗證了太初合成元素的比例。而1965年發現的宇宙微波背景輻射則證明了大爆炸餘暉的存在。

所有的證據都指向了宇宙在過去的某個時刻發生了一場驚天大爆炸,而我們宇宙中的一切都來自於那一場爆炸,甚至包括時間和空間!

宇宙到底有多大?

哈勃在1929年發布的膨脹速率大約是500多千米/秒·百萬秒差距,這個誤差有點大,所以關於宇宙膨脹速率的精確測定對於計算宇宙的大小和年齡有很大的關係,此後各種觀測手段,再加上微波背景輻射發現後,Cobe衛星WMAP衛星以及普朗克衛星的測定,哈勃常數精確到了67.15千米/秒·百萬秒差距,當然這仍然存在一定的誤差。

與此對應的宇宙年齡137.87±0.02億年,對應的可觀測宇宙則在930億光年左右,但宇宙真的就這麼大嗎?從ΛCDM模型來看它似乎就是那麼大,因為有幾個參數決定了宇宙的大小,宇宙誕生時間和膨脹速率,兩者一定時,宇宙的大小也就決定了!

但顯然我們就低估了宇宙的真正大小,因為科學家發明了一種巧妙的方式來檢驗宇宙到底是有限大小還是無限大小的,原理很簡單,不同曲率下的三角形內角和是大於小於或者等於180°,對應的空間分別是封閉,彎曲開放或者平坦開放!

但測量結果是無限接近180°,代表的是什麼結果?如果要麼是宇宙是一個大到難以想像的封閉球體,要麼就是一個平坦的無限空間!

這實在讓人有點崩潰,宇宙居然無限大!

宇宙未來會發展成什麼樣?

1933年美國加州工學院的瑞士天文學家弗裡茨·茲威基研究后髮座星系團時,判斷其內部存在我們看不見的物質,這是自1932年奧爾特提出銀河系應該有更多質量後對暗物質存在表示明確肯定!暗物質僅參與引力與弱相互作用,因此非常難以觀測,但可以通過星系質量分布於引力透鏡間接繪製出暗物質地圖,2006年錢德拉X射線望遠鏡觀測到星系碰撞,使得暗物質與顯物質分離,從發現了暗物質的直接證據。

暗能量的發現

1998年兩個科學團隊通過研究遙遠星系的Ia型超新星,發現宇宙正在加速原理,而根據對應的宇宙尺度計算,大約在60億年前,宇宙膨脹從減速開始加速!

錢德拉硬X射線望遠鏡對26個不同距離的星系團,拍攝其內部熾熱氣體與暗物質的比例,從而取得估計距離的尺度,證實了宇宙膨脹正在加速這一過程!

暗能量和宇宙的未來

從平坦的宇宙形狀到加速膨脹,宇宙可能走上了一條不歸之路,自60億年前加速膨脹開始,似乎物質之間的引力再也不能束縛住宇宙走向永恆膨脹,未來宇宙的結局只有兩個,一個是熱寂,另一個則是大撕裂,似乎兩個結果都不是大家想要的,其實還有一個最不可能的結果是大坍縮,同樣會毀滅宇宙而從重新開始,而愛因斯坦希望的穩恆態宇宙,則是不存在的。

宇宙的三個結局未來命運

宇宙沒有邊界,它將一直擴張,是不是很矛盾?

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