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宇宙有多大,无限大还是有限空间

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发表于 2018-3-29 22:11:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
  宇宙有多大,无限大还是有限空间?我们通常把一个很大的物体比喻无穷大,那么宇宙会是无穷大,无限大的吗?宇宙是有限的还是无限的?宇宙有没有边界?宇宙究竟有多大?对这些问题,古今中外有过许多说法,但争论的焦点往往集中在“宇宙是有限的还是无限的”这个问题上。也就是说,如果宇宙是有限的,那么它的大小就能够被我们测量或计算出来。反之,我们就很难得到正确的答案。那么,宇宙究竟是有限还是无限呢?随着天文学的发展,人们通过望远镜观测发现,太阳系所在的银河系直径约为10万光年,厚约1万光年,拥有大约1500亿颗恒星和大量星云。在银河系以外,还有许许多多的河外星系。我们的银河系同它周围的河外星系组成了一个星系群,它的直径大约为260万光年。比星系群更高一级的是星系团,它由成百上千个星系组成。

   比如,在室女座里就有一个星系团,它包含了1000个以上的星系,距离我们大约2000万光年。目前,大型天文望远镜已经能够观测到100多亿光年外的天体,但远远没有发现宇宙的边缘。因此,多数天文学家认为宇宙是无限的,它没有边界,也没有中心。然而,也有部分人认为宇宙是有限的。他们的理由是,如果宇宙起源于大爆炸,那么,从大爆炸发生到现在的时间是有限的,而宇宙膨胀的速度是一定的,所以宇宙的大小就是有限的。

  除此之外,英国著名理论物理学家史蒂芬·霍金对这个问题也提出了自己的观点。他认为:宇宙有限而无界,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。地球如此,宇宙也是如此。

宇宙有多大,无限大还是有限空间81 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511


  其实,人类对宇宙的观测能力还十分有限,宇宙究竟是有限还是无限,还有待于天文学家的进一步研究探索。

  宇宙是无限的吗?宇宙到底有没有边界?我们的世界有中心吗?

  数学上,很多宇宙整体拓扑模型都是可能的,包括有界的和无界的。物理上,我们不知道。这方面霍金数学上做了很大贡献,但是物理上没有结论。目前普遍接受的是有限无界。

  目前测量的微波背景辐射表明,宇宙还是比较平的,也就是比较接近欧几里德空间。如果宇宙是完全平的,宇宙的整体拓扑应该是或者平的,或者柱形,或者莫比乌斯带,我们不知道。不过我所知的宇宙模型中,没有一个是可以定义中心的。

  大爆炸是一个借用的词,描述物理观测后,数学上证明的宇宙从无到有的过程。切勿将之想象成我们现实中的爆炸现象。宇宙的初期我们知道很少,没有任何证据说经过大爆炸宇宙就有界了。
  最后说一下,科幻小说里想象的多不能直接转为科学知识


  以下说的是我认为合理的一种猜想:

  宇宙是扭曲过的三维世界,没有尽头,有边界。突破宇宙的边界之后进入更高维度。而时间只是单纯的一个维度,我们这个宇宙的时间是有尽头的。

  以下是推论和解释:

  首先画一条线段。这是一个一维的世界,处于这个世界上只能向两个方向走而且朝一个方向走的话能够走到尽头。

宇宙有多大,无限大还是有限空间39 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511



  把这个线段扭曲一下形成一个闭合的圈。必须是闭合的否则扭曲便没有意义。而且这里说的是圈,也就是那一条有弯度的线,并不是圆,不包括里面的面积。此时原先线段的两个尽头结合到了一起。走到尽头的时候再向前走,实际上就走到了原先线段世界的另一端。这个圈就是扭曲过的一维世界,仍然可以朝两个方向走,但是不同的是如果朝一个方向走的话见不到尽头,却能见到原点。由于两个尽头在扭曲的过程中结合到了一起,导致尽头成了普通的点。同时,原先线段中的中点、四分点、黄金分割点,在扭曲后也都成了普通的点。

  然而圈还是有边界的,如果要走出这一个圈的边界的话,就不能像在一维中一样只朝两个方向走。如果从线段上向上下走,或者从圈上向里外走,就进入了二维世界。
  平坦的二维世界是一张纸,扭曲过的二维世界则是一个闭合的纸球,不包括里面的体积。用纸叠纸球有点难,但是理论上能叠成正六面体的话就能叠出正无限多面体。和刚刚的一维例子一样,原先纸上的边界上的点现在都变成了普通的点。

  好了那么我们现在最多接触的世界是三维的。想象一个鱼缸,鱼在里面可以随意游来游去但是碰到玻璃后就知道那是三维世界的尽头。

  然而我们存在的宇宙并不是线段、平面、鱼缸这样“平整”的维度。宇宙是扭曲过的闭合的三维。所谓的三维世界的尽头,中心,黄金分割点,在扭曲过后都成了普通的点。宇宙中随意一点,都是中心,也都是尽头。

  如果从圈上的任意一点把圈剪断在把圈铺平成线段,那一点就成了线段的尽头。像刚刚所说的,圈是有边界的,走出这个边界就能到达二维。宇宙虽然没有尽头,却也是有边界的,走出这个边界就能到达四维。

  补充一点。我们作为三维生物,只能理解平整的三维,观测不到宇宙的扭曲。向一个方向投一支长矛,那支长矛早晚会从宇宙另一头出现,再回到你手里。就像是你拿铅笔从圈上绕了一圈,对于线段世界上的人来说笔尖则是消失在了一个世界尽头,又从另一个尽头出现。

  现在说时间,和刚刚所说的都没有关系,时间是一个单独的维度。不负责地称它为第四个维度也好啦。时间的形状和射线类似,对于我们的宇宙来说,时间的一个尽头是大爆炸,另一个尽头是现在。像射线一样,时间的这个尽头在无限延伸着,直到未来遇到另一个端点为止。然而如果想象一下扭曲的四维呢?能让“尽头”消失的那个“扭曲”?所以可以这么猜测,走到时间的尽头之后再走一步,是大爆炸,唉嘿^_^
  如果要观测扭曲过的时间的话那就需要步入五维了然而好在维度的数量对于我们的想象力而言还是够用的。

  宇宙究竟有限还是无限?科学家众说不一

  目前,科学家认为宇宙的结局可归纳为两种,第一种是有限的宇宙;第二种是无限的宇宙。

宇宙有多大,无限大还是有限空间96 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511


  有限的宇宙论认为宇宙具有可观测的半径,自137亿年前的大爆炸后,宇宙就开始加速碰撞,由于地球并不处于宇宙的中心,因此137亿光年不是宇宙的半径。137亿光年仅为大爆炸后光传递到地球的距离,在宇宙第一代恒星诞生之前,宇宙就开始膨胀了,因此现有的宇宙半径还要考虑这部分因素。

  有限的宇宙半径可能达到950亿光年,这数值是基于对宇宙真空能密度和红移的分析结果,真实宇宙的半径可能更大。同时,科学家的计算发现可观测的宇宙中粒子数量为一亿亿亿亿亿亿亿亿亿亿个,看起来很多,但对于广袤的宇宙空间,这个数字依然少得可怜。
  有限宇宙论认为地球处于可观测宇宙的中,137亿光年仅为光抵达地球的距离,既然地球不是宇宙的中心,那么这个数值就无法代表宇宙的直径。

  无限宇宙论认为,如果你从地球向某个宇宙方向一直前进,你最终会进入重复出现的空间中,这趟星际之旅将在空间的不断重复中度过。
  那么宇宙是无限还是有限的呢?科学家也不知道答案。不过无限宇宙论更加令人着迷,如果你有很多时间往一个方向前进,最终你会发现一个相同的你,似乎我们能够进入另一个平行宇宙空间。



  宇宙到底是有限的还是无限的,如果是有限的,那么宇宙的边界是什么?


  假如说宇宙没有边界,那么宇宙中就应该有无限多的恒星,不论你朝天空哪个方向望去,都应该能看到无限多的恒星。虽然每一颗恒星的光很暗弱,但无限的恒星的光芒合起来就会无限地亮。如果真是这样的话,地球上就不应该有黑夜,背朝太阳那一边也应该很亮。

  如果说宇宙是有边界的,那么它的外面是什么呢?其实,这样提问题本身就是荒唐的。
  在伽利略和牛顿之前,许多人信奉亚里士多德的观点


宇宙有多大,无限大还是有限空间9 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511

  ,认为宇宙是一个有限的结构,宇宙的最外层是由恒星天体构成的,因此恒星天体就是宇宙的边界,在它之外,就没有空间了。可以说,哥白尼的“太阳中心说”就是建立在这种假说的基础上的。


宇宙有多大,无限大还是有限空间14 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511

  在牛顿生活的时代,科学家们开始接受无限无边的观点,即认为宇宙的体积是无限的,也没有空间边界。


宇宙有多大,无限大还是有限空间51 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511

  宇宙空间是一个三维无限的欧几里德多向空间,即在上、下、左、右、前、后这6个方向上,都可以一直走下去,以至延伸到无穷远。
  这种宇宙无限的观点在打破中世纪宗教神学的精神枷锁的斗争中,起过非常积极的作用,但它跟亚里士多德的学说一样,都是没有被证明的科学假说。
  进入20世纪后,爱因斯坦提出了“广义相对论”的理论,他认为不应先验地假定宇宙空间必定是三维无限的欧几里德空间,因为宇宙的空间结构并不是与宇宙间的物质运动无关的。


宇宙有多大,无限大还是有限空间27 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511

  爱因斯坦提出了第一个宇宙模型,它既不是亚里士多德的有限有边体系,也不是牛顿的无限无边的体系,而是一个有限无边的体系。

  我们可以这样来解释爱因斯坦提出的这个有限无边的世界:假如有一只小蚂蚁在一只大球上爬行,这个球本身是有限的,但球面根本没有边界,对于蚂蚁来说又是无限的。我们人类和这只蚂蚁一样,就生活在这样一个有限而无边的宇宙中。

  在爱因斯坦之后,天文学家又提出了新的宇宙模型学说。这种学说认为,宇宙的空间尺度一直在随着时间而不断增大,也就是说,宇宙正在不断膨胀。


宇宙有多大,无限大还是有限空间13 / 作者:伤我心太深 / 帖子ID:29625,119511


  宇宙自从诞生到现在,时时刻刻都在膨胀,一直没有停止过。我们已经知道,类星体是离我们最远的星星,最远的类星体大约离开我们有100亿光年。这个范围大致上也就是目前我们观测到的宇宙的大小。这么大的宇宙中总共有多少个物质呢?有人做过一计算,如果把所有的物质都做成太阳,那么整个宇宙内就可以有1000万亿亿个“太阳”,也就是在1后面跟23个零。既然宇宙处在不断膨胀的运动中,那么它的边界每时每刻都应该有具体的位置。从这个意义上说,宇宙应该是有限的。然而,宇宙的边界又在不断地向外扩展,科学家们还无法推算出它最终将膨胀到什么程度,会不会永远膨胀下去。从这个意义上讲,宇宙又是无限的。说到这里,我们不能不这样认为,宇宙中存在着千千万万个谜,而宇宙本身就是一个最大的谜。


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