宇宙是一個(gè)什么形狀,這是一個(gè)很讓人思索的問題。就像站在城市中間的人,我們的地球位于宇宙的中間,我們?cè)趺茨軌蛑烙钪媸且粋€(gè)什么形狀?那就是觀測(cè)和推測(cè)。
2019年之前,科學(xué)家們認(rèn)為宇宙是平坦的,這些證據(jù)來自于對(duì)微波背景輻射的觀測(cè)。微波背景輻射是宇宙大爆炸之后形成的余暉。
老式電視機(jī)打開以后形成的雪花噪點(diǎn),以及收音機(jī)里的噪聲,就是接收到的微波背景輻射的電磁波信號(hào)。
科學(xué)家曾把一個(gè)射電望遠(yuǎn)鏡用氦氣球升到地球大氣的平流層上空,對(duì)微波背景輻射進(jìn)行了長(zhǎng)期的觀測(cè)。這個(gè)觀測(cè)表明微波背景輻射在各個(gè)方向是平坦不扭曲的,說明宇宙是平的。
這就好像我們觀測(cè)一個(gè)平板上的圖形一樣,從各個(gè)方向上看平面的圖形是保持等比例縮放的,如果平面發(fā)生扭曲,圖形在各個(gè)方向的比例就不一致。
》我們對(duì)宇宙形狀的所有認(rèn)識(shí),都源自愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對(duì)論。
廣義相對(duì)論把物質(zhì)的存在性和空間的存在性聯(lián)系在一起,既可以用于計(jì)算天體的演化,又可以用于計(jì)算宇宙的演化。
廣義相對(duì)論在天體演化中最重要的計(jì)算成果就是預(yù)言了黑洞,在宇宙演化中最重要的計(jì)算成果是預(yù)言了宇宙大爆炸。
現(xiàn)代天文觀測(cè)已經(jīng)證實(shí)了黑洞的存在。
根據(jù)廣義相對(duì)論,我們的宇宙是處在一個(gè)動(dòng)態(tài)的過程中,要么必須擴(kuò)張,要么必須收縮。天文學(xué)觀測(cè)證實(shí)宇宙是在擴(kuò)張的。遙遠(yuǎn)的星系都在做遠(yuǎn)離地球的運(yùn)動(dòng),而且離地球越遠(yuǎn),這些星系的運(yùn)動(dòng)速度就越快。
銀河系是拉尼亞凱亞超級(jí)星系團(tuán)的成員,銀河系正帶著我們的太陽(yáng)向拉尼亞凱亞超級(jí)星系團(tuán)的引力中心,以每秒600公里的速度狂奔!由于宇宙空間在膨脹,所以銀河系永遠(yuǎn)也到不了那個(gè)目的地。
宇宙膨脹的速度和尺度有關(guān),可以想象成一根橡皮條的均勻拉伸,每一個(gè)單位尺度只拉伸一點(diǎn)點(diǎn),只要橡皮條足夠的長(zhǎng),拉伸的速度就會(huì)非常的快。
如果空間距離足夠大,膨脹的速度超過光速的時(shí)候,星系之間的引力聯(lián)系就會(huì)被撕裂。
宇宙間最古老的恒星是136億歲,誕生在宇宙形成以后2億年,所以宇宙的年齡是138億歲。如果我們把宇宙存在的138億年時(shí)間,向前回溯,宇宙就會(huì)收縮成一個(gè)點(diǎn),這個(gè)點(diǎn)就是大爆炸的起點(diǎn)。這個(gè)結(jié)論是由前蘇聯(lián)的科學(xué)家亞歷山大弗里德曼給出的,被稱為廣義相對(duì)論的宇宙學(xué)解。
》一個(gè)點(diǎn)的爆炸,在正常意義的理解上必然會(huì)形成一個(gè)球形的物質(zhì)擴(kuò)張。
如果宇宙通過一個(gè)簡(jiǎn)單的爆炸形成一個(gè)球形,就會(huì)出現(xiàn)以下現(xiàn)象:接近爆炸中心的物質(zhì)分布密度高,遠(yuǎn)離爆炸中心的物質(zhì)分布稀疏,密度低。
但是實(shí)際上的天文觀測(cè)發(fā)現(xiàn),在大尺度上,宇宙的物質(zhì)密度分布是均勻的。
這就有了一個(gè)問題:宇宙大爆炸絕對(duì)不是我們能夠想得出來的那種簡(jiǎn)單爆炸,必然以一種非同尋常的方式暴炸。
修正經(jīng)典的廣義相對(duì)論關(guān)于宇宙大爆炸之后物質(zhì)密度分布不均勻的理論,叫做“暴漲理論”。
》根據(jù)暴漲理論,宇宙在爆炸最初的那一瞬間,其爆炸的速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速。宇宙以指數(shù)膨脹,在極短的時(shí)間內(nèi),從一個(gè)點(diǎn)膨脹到一個(gè)蘋果大小,然后再以正常的方式爆炸。
經(jīng)過暴漲以后,宇宙間的物質(zhì)密度分布就會(huì)變得均勻。
但是這也帶來了一個(gè)問題,自然界的所有物質(zhì)聯(lián)系都是通過4種力結(jié)合在一起的,分別是電磁力、強(qiáng)互作用力、弱互作用力和引力。
強(qiáng)相互作用力形成原子核,電磁力讓電子和原子核形成原子,弱互作用力讓原子核衰變,引力讓星系形成。這4種力的傳遞速度全部都是光速。
大爆炸之初宇宙以超光速膨脹,必然割裂物質(zhì)之間的聯(lián)系。被割裂的物質(zhì)獨(dú)立分布在無(wú)數(shù)個(gè)單獨(dú)的空間中,每一個(gè)單獨(dú)的空間獨(dú)立演化成一個(gè)宇宙。
》宇宙暴漲的結(jié)果,產(chǎn)生了無(wú)數(shù)個(gè)平行的宇宙。所有的平行宇宙都位于一個(gè)四維超球體的三維表面,因?yàn)橛袩o(wú)數(shù)個(gè)宇宙,說明宇宙存在的三維表面是無(wú)限大的。無(wú)限大的球面必然是平坦的。
這是2019年之前,科學(xué)家們對(duì)于宇宙形狀的認(rèn)識(shí)。
但是最新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)卻表明:宇宙存在的四維超球體是有限大的。
準(zhǔn)確的說,本宇宙是位于一個(gè)有限大四維球體的三維表面,這個(gè)表面是封閉的。正因?yàn)槭乔蛐蔚?,所以我們不管朝著任何一個(gè)方向,一直走一直走,只要足夠長(zhǎng)的時(shí)間,我們就會(huì)回到起點(diǎn)。
2019年,歐洲普朗克衛(wèi)星對(duì)光線經(jīng)過大質(zhì)量天體時(shí)發(fā)生的扭曲進(jìn)行測(cè)量,發(fā)現(xiàn)光線的彎曲程度超過了天體質(zhì)量的影響。這說明不僅是星體的引力讓空間產(chǎn)生了彎曲,而且宇宙空間本身就是彎曲的。進(jìn)一步的測(cè)量發(fā)現(xiàn),只有宇宙空間的彎曲符合一個(gè)閉合球體,才能說明這種現(xiàn)象。
》可以把宇宙看成一個(gè)4維大泡泡,本宇宙位于4維大泡泡的3維表面上的一個(gè)角落。這個(gè)角落的大小大約是960億光年!我們一般稱之為可觀測(cè)宇宙!
這和當(dāng)初哥倫布航海證明了地球是圓形的,是一樣的道理。
X的平方,加y的平方,等于r的平方,表示一個(gè)圓環(huán)。
X的平方,加y的平方,加z的平方,等于r的平方,表示一個(gè)3維球體的2維球面。
W的平方,加上x的平方,加y的平方,加z的平方,等于r的平方,表示一個(gè)4維球體的3維球面。
我們的宇宙就在這個(gè)W、x、y、z的4維超球體的3維球面,所以我們只能感覺到三個(gè)維度。
》第4個(gè)維度里面有什么?那里是一個(gè)難以想象的世界。
四維世界是不允許三維世界的引力和電磁力存在的。否則在四維世界里,力和距離的二次方的反比關(guān)系,就會(huì)變成和距離的三次方的反比關(guān)系。
如果引力和距離的三次方成反比,那么行星圍繞恒星的軌道運(yùn)動(dòng)是不穩(wěn)定的,要么以螺旋線的形式跌落到恒星表面,要么就是快速的飛離引力場(chǎng)。
四維空間物質(zhì)的存在,絕對(duì)不會(huì)是像我們?cè)诒居钪嬷锌吹降?,星系和星球彌散在整個(gè)宇宙空間的形式。
很可能,第4個(gè)維度隱藏著暗能量,推動(dòng)宇宙膨脹。
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