空間是否可以無限擴張?

2020-12-05 探索未來科學

一、絕對的時空觀

人們從日常生活中觀察到,一個物體可以移動到另外一個地方,從而建立了空間這樣一個概念,空間就是容納物體的地方,不依賴於物體存在。空間跟時間一樣都是絕對的、無限延展的,這種觀念一直延續到17世紀牛頓出版了他那本著名的《自然哲學的數學原理》一書,創立了科學體系的時候。

這個時候的人們並不知道空間跟物質之間的聯繫,空間就是空間,絕對的空間,不依賴於物質的存在,無限伸展的三維世界,是物質運動的場所。

尤其是牛頓理論建立之後,開創了宇宙學,讓人們認識了更大的空間,並且把天體的運動,與地面上物體的運動之間聯繫起來,讓人類的視野一下子延伸到了太陽系,並且開始接觸了銀河系。這個時候的人類,都是認為空間是絕對的、無限的。

二、相對時空

當時間到了19初世紀的時候,這一切悄悄地發生了變化。經典物理學(尤其是電磁學)達到了它所能達到的巔峰,隨著科學的發展,人類的技術能力越來越強,開始接觸到更高速的物質運動。尤其是這個時候科學家們發現了光就是一種電磁波,並且成功地測量出來光速為30W千米每秒。而且,真空中光速永遠不變,這就讓人迷惑了。

如果有絕對空間,那麼光速一定就是變化的。為了給光速不變這個事實找到一個理論上的解釋,洛倫茲從給出一組變換方程,空間和時間跟著發生了變化,出現了尺縮鍾慢效應,但是連他自己都不肯相信這種事真的發生了。

1905年,愛因斯坦在此刻現身了,他用一組高中生都能看明白的公式,基於真空光速不變原理,重新解釋了在光速條件下的時空變換關係,這就是著名的狹義相對論。

1916年,愛因斯坦有在等效原理的加持下,以黎曼幾何和張量分析為描述工具,對狹義相對論進行了修補,完成了廣義相對論。至此,人類對空間的認識達到了一個新高度,時空不是絕對的,時空是跟運動相關的。

三、空間會無限擴張嗎?

從目前已知的情況看,結論應該是會的。當然了,我們這個已知,可能還不是宇宙的真相,只是咱們不能瞎猜,總得從觀測事實出發,不能拍腦門說啥是啥對吧。

時空是什麼呢?時空是物質的一部分,它是物質的屬性。時空具有能量,有質量,有動量,時間並不空。

物理學家目前發現宇宙的熵增趨勢,就是混亂度在不斷增加。但是物理學家們也知道,只有孤立系統才有這個趨勢,所以,他們認為,我們這個宇宙可能是個孤立系統,這才有了很多諸如蛋殼中的宇宙這種科普書。

由於這個宇宙從大爆炸開始,經過觀測,一直處於膨脹、熵增的過程中,必將繼續這個過程持續下去,所以空間一直膨脹。如果有小夥伴非要跟我較真,說什麼熱寂會出現,我只想說,到了那時候,還能算是現在這個宇宙嗎?可能又是另外一個循環了吧。

四、熵增是真相嗎?

這個還真未必,我只能說,在我們這個可觀測宇宙內,熵增是真相,那還有沒有觀測到的部分呢?誰知道它有多大?我們究竟是個孤立的宇宙還是更大宇宙中的一個片段?誰知道其它部分是否在熵減?

總結

空間是否會無限擴張這個話題,真的無法給出答案,因為在浩瀚的宇宙面前,我們還太渺小,認知還太有限。但是這並不妨礙我們對這些問題作出思考,這會讓一代又一代的科學家為尋找宇宙的真相而做出不懈的努力。因為幸福就在尋找答案的路上,不是嗎?

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