138億年前的宇宙究竟什麼樣?中國科學家:觀測或許靠量子力學

2021-01-08 騰訊網

圖為宇宙大爆炸

宇宙是無邊無際的空間和其中的存在的各種天體以及物質的總稱,千百年來,人類就一直想探索宇宙的起源,於是就有以大爆炸理論為主流的各種學說的興起。這其實是一個非常複雜的問題,其中包括了如何理解時間和空間的本質?但是近年來量子力學在我國快速發展,「九章」計算機和「墨子號」衛星等應用,讓中國科學家思考或許可以讓量子力學來回答這個問題。

圖為宇宙的3D坐標系

宇宙誕生的理論爭議

人類在探索宇宙起源的同時,發展了宇宙學這一學科,它已經不再是抽象的哲學辯議,而建立在天文觀測和物理化學實驗上進行研究。直到了20世紀,科學界已經主要形成了兩大門派的爭議:一個是穩態理論,另一個是大爆炸理論。

大爆炸學說是現代宇宙學中一種比較有影響力的說法,1929年,天文學家哈勃觀測到,目前所有的系外行星都在向外移動,說明宇宙在高速地向外膨脹。該理論認為宇宙的起點是一個單獨的不屬於任何維度的奇點,即一個在時間和空間上都沒有尺度但又卻包含了宇宙全部的物質的點。

這個點在極高的溫度下發生了一次史無前例的大爆炸,宇宙中的質子、中子、光子和質量較小的原子核組成了現在化學元素,隨著溫度的下降,這些物質形成了天體,宇宙就是這樣來的。

另外一個學說是穩態理論,通俗地講,就是一個是先有雞,還是先有蛋的問題,究竟是何物創造了宇宙,那何物又創造了何物呢,這牽扯到了許多哲學宗教甚至神話問題。

不管怎麼說,這些都是科學家們爭議的問題,宇宙誕生之前到底是什麼樣子的,還沒有人知道。不過最近,我國科學家們提出或許可以用量子力學來觀測宇宙誕生前的樣子。

圖為宇宙星系

觀測宇宙誕生之前,中國科學家新啟發

愛因斯坦說我們目前所有的物質傳遞都不能超過光速,在宇宙學觀測目前為止,科學家還沒有使用量子測量的手段,還只是依賴於光的信息傳遞。比如我們用天文望遠鏡觀測距離地球10億光年的星星,看到這個星星不是現在的樣子,而是10億年前的模樣,也就是說宇宙年齡是138億光年,我們是看到了最早的光。目前人類觀測的極限也就是138億光年了,只能一點點去逼近這個極限,或許可以探測到宇宙原生引力波。

如果用量子糾纏理論去觀測這個宇宙或許可以突破這個極限,因為它是不傳遞信息的,所以說可以超過光速,但這並不推翻相對論。

量子理論是不確定的,但觀測時是確定的,所以說量子力學還是有很多有趣的地方,它的價值還需要我們多多去挖掘。(清風)

相關焦點

  • 宇宙起源於138億年前,在宇宙誕生之前,世界是什麼樣的?
    話說在1915年,愛因斯坦提出了他的廣義相對論。從這個時期開始,天文學的一個細分領域得到了快速的發展,這個細分領域就是宇宙學。所謂的宇宙學研究的是宇宙整體的演化和歷史。
  • 宇宙起源於138億年前,在宇宙誕生之前,世界是什麼樣的?
    話說在1915年,愛因斯坦提出了他的廣義相對論。從這個時期開始,天文學的一個細分領域得到了快速的發展,這個細分領域就是宇宙學。所謂的宇宙學研究的是宇宙整體的演化和歷史。可以說,宇宙大爆炸模型是宇宙學最重要的成果,也是如今主流的科學理論,並且獲得許多觀測證據的支撐。
  • 138億歲的宇宙,可觀測直徑930億光年,這與光速極限原則矛盾嗎?
    在一些科普文章中,人們常常看到,宇宙年齡138億歲,卻有930億光年的可觀測直徑。於是很多網友質疑,這是怎麼回事呢?其實簡單的回答,就是宇宙膨脹速度超過光速。但很多科普文章又強調,光速每秒約30萬千米,是宇宙中最高速度,任何物體不得超越。這樣有人就更疑惑了,這豈不矛盾嗎?難道科學可以翻手為雲覆手為雨,隨意亂點鴛鴦譜?
  • 138億歲的宇宙,可觀測直徑930億光年,這與光速極限原則矛盾嗎?
    在一些科普文章中,人們常常看到,宇宙年齡138億歲,卻有930億光年的可觀測直徑。於是很多網友質疑,這是怎麼回事呢?其實簡單的回答,就是宇宙膨脹速度超過光速。但很多科普文章又強調,光速每秒約30萬千米,是宇宙中最高速度,任何物體不得超越。這樣有人就更疑惑了,這豈不矛盾嗎?
  • 宇宙年齡138億年,直徑卻達到920億光年,難道不是前後矛盾嗎?
    在膨脹的宇宙中,光跑一年的距離遠不只一光年。所以在138億年的時間中,光可以達到460億光年(可視宇宙半徑)之遠,並不是什麼悖論問題。如果說,宇宙年齡有138億年,可視宇宙的直徑有282億秒差距(1秒差距=3.26光年),你或許就感覺不到悖論的意味了。我們如何判定宇宙年齡?
  • 宇宙年齡138億年,直徑930億光年,宇宙膨脹超光速了嗎?
    【宇宙年齡138億年】目前對於宇宙演化的主流科學觀點就是奇點大爆炸,人類對於宇宙的認識是一個漸進的過程,在遠古時期大家都認為我們生活的世界就是一個無限的平板,而非是在一個球體的表面,而隨著地心論、日心論的更替,我們的宇宙觀逐漸變化了,從太陽繫到銀河系,最後再到本星系群、室女座星系團等等。
  • 宇宙才誕生了138億年,為何可觀測宇宙的直徑卻達到了930億光年?
    但是宇宙大爆炸理論又提出,宇宙誕生於138億年前的一次大爆炸,如果說光速是宇宙速度的上限,為什麼138億年後,宇宙的大小不是138億光年的半徑範圍?這中間是否存在矛盾?首先我們要從宇宙的誕生開始說起。那麼138億年這個精確的數又是如何得到的?儘管對於宇宙的年齡一直都有爭議,因為提出一個理論,總要需要經過無數次的實驗修改才能被廣泛的接受。宇宙至今存在了138億年,其實這個數據的誕生還是要功歸於哈勃的努力。
  • 宇宙年齡是138億年,為何可觀測宇宙的直徑是920億光年?
    這並不矛盾,原因是宇宙從誕生到現在,一直處於動態膨脹當中;在光速不變的前提下,宇宙膨脹將會導致光線要走更遠的距離才能抵達觀測者。根據宇宙大爆炸的演化模型,我們宇宙誕生於138億年前的一次暴漲,宇宙從一個半徑無窮小的點膨脹為如今的宇宙,由於光速不變,於是以任何一個點為中心,較遠距離上發出的光線將沒有足夠時間到達地球,於是才有了可觀測宇宙的概念。
  • 宇宙年齡是138億年,為何可觀測宇宙的直徑是920億光年?
    根據宇宙大爆炸的演化模型,我們宇宙誕生於138億年前的一次暴漲,宇宙從一個半徑無窮小的點膨脹為如今的宇宙,由於光速不變,於是以任何一個點為中心,較遠距離上發出的光線將沒有足夠時間到達地球,於是才有了可觀測宇宙的概念。可觀測宇宙:指以觀察者為中心的球體空間內,所有物體發出的光都有足夠時間到達觀測者,也稱作哈勃球體。
  • 如果站在宇宙邊緣,能看見138億年前的宇宙大爆炸嗎?
    按照目前的主流宇宙學理論,我們的宇宙有一個時間開端,距今已有138億年。當時,一個無窮小的時空奇點發生大爆炸,由此創生出時間和空間,並產生了宇宙中的所有能量和物質。另一方面,我們能夠看到宇宙中的各種天體和宇宙事件,是因為那些光傳播到地球上,被我們的眼睛或者天文望遠鏡接收到。光在真空中始終以恆定的速度傳播,我們接收到距離越遠的光,也就看到了時間上越久遠的宇宙。
  • 宇宙的年齡只有138億年。為什麼可觀測宇宙的半徑是465億光
    根據計算結果,我們發現可觀測宇宙的半徑為465億光年,直徑為930億光年。很多網民看到這一點,很難理解宇宙誕生於138億年前。宇宙只存在了138億年。可以說恆星(以光速飛行)發出的光小於或等於138億光年,但是科學家測量到可觀測宇宙的半徑為465億光年,是宇宙年齡的兩倍多。這是矛盾嗎?
  • 解讀宇宙大爆炸,138億年前的最初3分鐘到底發生了什麼?
    人口渴望解釋為什麼會有一個宇宙,它是如何成為我們今天看到的樣子,它是怎麼演化的?今天人們接受的宇宙學理論,認為宇宙在最初的瞬間經歷過最極端的條件:巨大的能量、極高的溫度和極大的密度。我們的宇宙源於138億年前的一次大爆炸。真的是這樣嗎?宇宙大爆炸的理論起源於愛因斯坦完成廣義相對論的15年後。
  • 哈勃望遠鏡能觀測多遠?假如能看到460億光年外就能看到138億年前
    我們並不清楚大爆炸之前宇宙是什麼樣子,到底是什麼觸發了爆炸,爆炸的一瞬間發生了什麼;我們也不清楚將來宇宙是不是會永恆存在;我們不清楚宇宙有沒有邊緣,它的範圍是無限的還是有限的;我們更加不清楚我們身處的宇宙是獨一無二的,還是宇宙之外還有宇宙?不過,我們清楚地知道是什麼限制了我們的視野——只要無法超越光速,我們就只能看到我們周圍的這部分宇宙。
  • 宇宙才形成138億年,人類卻能觀測到465億光年外,為什麼?
    根據現有的科學知識,科學家們吧宇宙誕生日期放到了138億年前,那個時候宇宙就是一個小點,然後宇宙爆炸後便不斷向外膨脹,因此我們才說宇宙是無邊無際的,因為宇宙只有138億年的年齡,最早誕生的光線也只能跑138億年。
  • 我們宇宙的大爆炸-138億年前的故事
    以埃德溫·哈勃為代表的20世紀天文學家們,觀測到我們所見的任何方向上的全部星系都在彼此遠離。諸如這樣的大尺度結構,讓天文學家們發現了宇宙正在膨脹。這意味著,越是追溯到過去的宇宙,尺度越小。可以想見,在遙遠的過去的某一點,一切都源於一個空間和時間的單個點,普遍被稱為「奇點」。
  • 138億年前創造宇宙的那個奇點目前在哪裡?
    基於現代宇宙學,時間和空間都有一個開端,那就是138億年前的一個奇點,宇宙就是從最初的那個奇點膨脹而來。138億年過去了,創生宇宙的那個奇點目前在哪裡呢?關於這個問題,首先要知道為什麼現代宇宙學會認為宇宙起源一個奇點。在20世紀初,穩恆態宇宙模型是主流理論。
  • 138億年宇宙誕生之前的世界,是什麼模樣?
    愛因斯坦的相對論是在1915年被正式提出的,並且這個相對論應該是廣義的相對論,那麼從這個時候開始,在天文學便產生了急速的發展,畢竟天文學的領域得到了進一步的細緻化,其中被細緻化的一大節則是宇宙學,那麼宇宙學究竟是研究些什麼東西的呢?
  • 宇宙誕生前有另一個宇宙嗎?
    大概是在兩百年前左右,人類才有了真正的科學覺醒,大量的科學知識在那段時間裡出現,尤其是在西方的哲學家群體之中,其中有一些哲學家其本身就是一個非常犀利的科學家。科學理論的提出,迅速的促進了社會的變化和發展。人類社會也就是在這短短的兩百多年裡快速變化的。
  • 「神」創造宇宙?138億年前的這件事科學家至今找不到答案!
    我們這個無比神奇的宇宙會不會是神創造的?科學家將宇宙的定義分成兩種,一種為廣義的宇宙,指的是萬事萬物的總稱,它包含了時間與空間的統一,是無限大的!而一種是狹義的宇宙,指的就是包括了地球在內的所有空間物質,這個空間正在不斷膨脹,而且它的大小或是有限的,也正因為有了廣義和狹義之分,於是描述宇宙模型有了很多的說法。
  • 光速不可超越,宇宙誕生138億年,為何直徑卻達到930億光年
    宇宙誕生138億年,為何直徑930億光年? 在一些科普文章中,人們常常看到,宇宙年齡138億歲,卻有930億光年的可觀測直徑。於是很多網友質疑,這是怎麼回事呢?