宇宙起源的方式要改寫?諾獎得主彭羅斯:宇宙或許在無限循環

星空承載夢想 2023-12-31 09:10:47
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人類是地球上最有智慧的生命,從人類誕生以後就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度是非常快的,根據科學家的研究得出,人類誕生于200多萬年前,當時地球上生活著各種各樣的生物,有海洋生物,有陸地生物、有兩棲生物和微生物等等,人類就是由陸地生物猿類進化而來的,在大約200多萬年前,猿類生物生活在地球上,當時地球上還生活著很多其它凶猛的生物,猿類生物爲了能夠長久的發展下去,于是它們選擇了群居生活,群居生活不僅僅能夠促進彼此之間相互交流的機會,還能夠有效的抵抗外來侵略者,頻繁的交流能夠使猿類的大腦變得越來越聰明,由于猿類長期在一起交流,所以猿類的大腦變得越來越聰明,最終成功進化爲人類。

現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度很快,當人類走出地球看到宇宙之後,人類的好奇心被宇宙的浩瀚所吸引,人類想要知道宇宙到底有多大?宇宙到底是如何誕生的?帶著這些疑問,人類走上了探索宇宙的道路,根據科學家的研究得出,我們的宇宙誕生于138億年前,在138億年前,有一顆奇點發生了爆炸,奇點是一個質量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點,這個點爆炸以後,我們的宇宙快速的向四周膨脹,經過138億年的時間,宇宙才膨脹成我們現在所看到的樣子,宇宙中的天體都是在宇宙大爆炸之後形成的,我們的地球也不例外,看到這裏,可能有一些朋友會産生一個疑問,就是大爆炸理論是如何推測出來的?

其實大爆炸理論並不是科學家憑空猜測出來的,而是有很多科學依據,第一個依據就是宇宙膨脹,一直以來,人類都認爲我們的宇宙是靜態的,這個想法一直持續到1917年,當時愛因斯坦利用廣義相對論提出了靜態宇宙模型,最終得出了一個叫做愛因斯坦場方程,通過這個方程,他最終計算出一個有限、無界、靜態的宇宙模型,愛因斯坦將宇宙理解爲靜態的原因實際上並不是完全的遵守他自己的廣義相對論算出來的,而他本人跟隨著前人的觀點認爲宇宙的存在必然是靜態的。畢竟在那個時候人類眼中的恒星是不會動的,愛因斯坦當時爲了使他自己通過廣義相對論演變而來的愛因斯坦場方程計算出來的宇宙成爲一個靜態宇宙,他就在這個方程裏面加入了一個修正項進去,而這個修正項名爲宇宙項。

加入修正項後,他的愛因斯坦場方程計算出來的宇宙變得安靜了,但是在1912年羅威爾天文台科學家維斯托.斯裏弗獲得了第一批漩渦星雲和之後被識別爲其它星系的光譜,斯裏弗發現,大部分漩渦星雲光譜的譜線向長波方向位移,它們的紅移意味著正在遠離我們,後來在1929年,哈勃發表了裏程碑式的論文,描述了他發現的初步結果,哈勃發現,星系的紅移隨著距離的增加而顯著增加,所有的星系看上去都遠離我們,越遠的速度越快,這一觀測結果暗示了可觀測宇宙的體積正在膨脹,這就是哈勃定律,宇宙膨脹的理論提出來之後,很多科學家都不敢相信,因爲這個理論打破了人類的傳統認知。

不過科學家經過多次研究發現,宇宙膨脹的理論是正確的,宇宙膨脹的理論正好證明了宇宙大爆炸的說法,宇宙膨脹就類似于炸彈爆炸,炸彈爆炸之後,碎片會向周圍飛濺,這就和宇宙膨脹的現象差不多,除了這個證據之外,科學家還通過了電腦模擬出了宇宙微波背景輻射的現象,宇宙大爆炸之後的余晖,到現在依然存在,而且存在于宇宙中的每一個角落,宇宙大爆炸産生的第一縷光線經過138億年的時間,加上宇宙膨脹的過程中一直拉伸光線,到今天光線早已經被拉伸成我們看不見的光波,不過我們還能夠感知這種微波的存在,比如說我們小時候看到黑白電視,當黑白電視沒有信號的時候,會出現大量的雪花,這其實就是宇宙微波背景輻射造成的。

除了這兩個證據之外,科學家還通過元素豐富證明了宇宙來自于大爆炸,大爆炸宇宙模型,把138億年前大爆炸開始那一刻,從普朗克時間(10-^44s)開始,描述了宇宙演化的整個過程。宇宙時空從大爆炸的純能量中出現,然後出現了四種基本力,在極高溫度密度下,漸漸冷卻,一直到38萬年後才出現了中性原子,光才能夠脫耦而出。根據科學家的研究發現,宇宙中最早的時候只有氫元素和氦元素,還有非常少的锂元素,隨著恒星的生成,核聚變反應以及超新星爆發,重元素才能夠慢慢的增多,目前宇宙中的元素依據是以氫和氦元素爲主的,其它元素只占到百分之一左右,這些元素豐富基本上符合大爆炸宇宙模型的預期,通過這些證據能夠證明我們的宇宙誕生于大爆炸。

雖然宇宙大爆炸理論目前在科學界已經成爲了主流理論,但是依然有很多科學家不相信大爆炸理論的觀點,畢竟宇宙大爆炸理論還存在一定的漏洞,比如說宇宙大爆炸誕生于奇點,奇點是一個質量無限大、能量無限大、熱量無限大、密度無限大、體積無限小的點,但是在我們現有的物理學當中,根本不存在無限大或者無限小的物質,到現在爲止科學家也無法解釋這個奇點是如何誕生的,前段時間著名的物理學家羅傑.彭羅斯在出版的一本書中提出了一個猜測:他認爲宇宙並不是來自于大爆炸,而是在不斷循環中誕生的,並且他還提出了共形循環宇宙學,簡稱爲CCC,這其實是廣義相對論下的一個宇宙模型,在這個模型當中,宇宙經曆了無數次的循環。

如果按照這個觀點來看的話,那麽宇宙中的黑洞最終會吞噬宇宙中的一切物質,所有的粒子最終都會消亡,當宇宙中的一切物質都被吞噬之後,留下的只有能量,而這個能量可能就是奇點,當這個能量受到某種擾動之後,宇宙就會再次爆發,從而進入一個新的宇宙循環中,如果按照這個邏輯來看的話,宇宙並不是和我們想的那樣,宇宙是一個不斷爆炸、消亡、繼續爆炸、誕生、死亡的循環過程,除此之外,彭羅斯還計算出了一定量的引力輻射,能夠穿越宇宙的邊界,他認爲這種額外的引力輻射能夠解釋觀測到的宇宙加速膨脹,雖然這僅僅是彭羅斯的一種猜測,但也是有一定道理的。在2020年諾貝爾物理學獎最終頒發給了三位對黑洞有重大發現的科學家。

彭羅斯就是其中一位,在愛因斯坦去世10年後,也就是1965年,彭羅斯用新的數學概念證明了黑洞可以形成,而且在黑洞的中心,存在一個奇點,在那裏一切已知的自然定律都會崩潰,這個開創性文章至今依然是被視爲自愛因斯坦以來對廣義相對論最重要的貢獻,而且彭羅斯還指出在宇宙微波背景中奇怪的同心圓,宇宙微波背景展示了一個從各個方向觀察都幾乎相同的宇宙,同時平均溫度差不多都爲3開爾文,但是有一些點的溫度和其它部分不同,這些波動最終産生了組成星系以及其它宇宙結構的物質團,這些圓圈是前大爆炸活動的切實證據,他表示圓圈是由前大爆炸時代的超級黑洞膨脹所産生的,碰撞還能夠爆發出巨大的能量來。

爆發會在均勻球形引力波中向外輻射,當它們進入我們的時代時會在宇宙微波背景上留下與圓圈痕迹,根據他的研究報告得出:目前一共發現了12個同心圓輻射印記,其中有五個環具有非常特別的意義,分別對應著宇宙演化曆史上的五次大規模事件,出現星系團附近的神秘圓環的變化幅度在背景輻射上看卻顯得非常低,簡單來說,在彭羅斯的研究當中,我們的宇宙將出現一種全新的循環模式,彭羅斯表示,新的循環理論意味著黑洞將消耗掉宇宙中的一切物質,並且發生相互碰撞,最終導致宇宙在一次的爆發,在彭羅斯的CCC理論當中,他將宇宙大爆炸+膨脹的雙曲面時空結構,映射成貌似柱面的形狀。也就是說,在大爆炸的時間點,原來密集縮小的空間被變換拉伸了。

在他的這個理論當中,沒有否定大爆炸是宇宙的開端,不過如果他的理論能夠成立,那麽將會顛覆標准宇宙模型,將會讓整個科學界震動,除了彭羅斯的猜測之外,韋伯望遠鏡也似乎觀測到了宇宙並不是來自大爆炸的證據,韋伯望遠鏡是繼哈勃之後的新一代大型天文望遠鏡,發射升空之後,韋伯望遠鏡傳回了第一批5張照片,第一張被命名爲韋伯第一深場,這是迄今爲止人類看到的最遙遠、最清晰的宇宙圖像,其中一些星系的光線進行了130億年,才到達了韋伯望遠鏡的鏡面,這就意味著韋伯捕捉到了宇宙誕生初期的景象,隨後幾張的照片中,韋伯找到了一顆有水的地外行星,距離我們1120光年,它還拍到了單個恒星誕生的鏡頭,以及幾個星系劇烈撞擊的場景。

相比于其它太空望遠鏡,韋伯望遠鏡的優勢很大,哈勃望遠鏡的口徑是2.4米,韋伯望遠鏡則達到了6.5米;哈勃的接收面積是4.5平方米,韋伯一下子升級到了25.4平方米。望遠鏡的口徑和接收面積越大,觀測就越靈敏,更容易發現暗弱的、遙遠的目標。哈勃望遠鏡距離地球只有600公裏,屬于低軌道。而韋伯望遠鏡要飛到離地球150萬公裏外的拉格朗日L2點,這個地點比月球還遠上三四倍。在這個位置能夠看到更遙遠的星系,不過韋伯望遠鏡所在的這個位置,需要很高的科技水平,這裏的溫度基本上接近絕對零度,望遠鏡的鏡片厚度如果不均勻,那麽在熱脹冷縮的時候就可能出現破裂的危險。這就對鏡面平整度的要求非常高,這個誤差精度是一張A4紙厚度的萬分之一,在加工工藝上面是一項挑戰。

科學家通過韋伯望遠鏡的觀測數據發現,138億年前的宇宙大爆炸好像沒有發生。根據《arXiv》刊載的一項新研究,標題開頭甚至寫了恐慌,科學家AllosonKirkpatrick表示:現在我發現自己淩晨三點醒著躺在床上,想知道我做的一切是否都是錯的,韋伯太空望遠鏡發現了6個特殊的星系,它們大概在宇宙大爆炸後5到7億年就形成了,科學家經過研究發現,其中有一些星系中的恒星,質量大約是太陽的100億倍,按照大爆炸的理論來看,在大爆炸5億年後,宇宙中的環境還不穩定,不可能在這麽短的時間內形成這些恒星,這6個特殊的星系和百分之99的現有宇宙模型存在矛盾,科學家將其稱爲是宇宙規則的破壞者,這對現有宇宙大爆炸理論提出了挑戰。

如果這個證據能夠被證實,那麽意味著我們對早期宇宙演變的曆史認知是錯誤的,不過現在誰都不能夠確定宇宙到底是如何誕生的,雖然科學家現在無法確定宇宙誕生的原因,但是科學家認爲,宇宙一定會有終結的一天,畢竟世間萬物都有滅絕的時候,宇宙也不例外,只不過宇宙的壽命比我們想象的還要長,關于宇宙的結局,科學家提出了三種假設,分別是大撕裂、大凍結、大擠壓。大凍結理論認爲,在遙遠的未來,宇宙的膨脹速度將逐漸加快,導致所有的物質和能量分散開來,最終達到一個永恒的、幾乎完全靜止的狀態,大凍結理論並不是憑空出現的,它是基于我們對宇宙演化的理解,利用物理學和天文學領域的研究成果,宇宙膨脹的速度加快,而不是減緩。

這一點與大凍結理論的預測相吻合。另一方面,理論還預測,宇宙的最終命運將由兩種力量——引力和膨脹力——之間的平衡決定。如果引力足夠強大,它能夠克服宇宙的膨脹力,那麽宇宙可能會停止膨脹,並開始收縮。如果引力不足以克服膨脹力,那麽宇宙將永遠不會停止膨脹。這就是大凍結理論的基本原理。大撕裂理論認爲:從宇宙誕生開始,宇宙就一直都在膨脹,新的空間被均勻的創造出來,星系之間的空間在不斷的膨脹,所以他們在不斷的遠離,星系內部的空間也不斷擴張,但是在星系內部,引力足以使得裏面的天體聚集在一起,在大解體的時候,宇宙中的膨脹將會一直加速到宇宙膨脹的速度不能由引力進行補償的階段,這樣的結果就是大撕裂。

不過只有星系這樣的巨大的天體結構才會被撕裂,是由于單個物體的空間快速膨脹,最終,宇宙空間的膨脹速度會遠超光速,這時,原子也會受到其影響,開始分裂。一旦宇宙的整體膨脹速度超越光速,宇宙中的任何粒子都將無法與其它粒子進行相互作用,宇宙會分解成爲無數個孤零零的粒子,它們在這個詭異和永恒的宇宙中將永遠不會接觸到其他任何物質。宇宙最終會孤獨的滅亡,大擠壓理論認爲:我們的宇宙不可能一直膨脹下去,宇宙之所以到現在還在不斷的膨脹,是因爲宇宙大爆炸所産生的能量還沒有完全消耗完,如果宇宙大爆炸所産生的能量完全消耗完,那麽宇宙就會開始收縮,從最小的誇克到最大的星系,都會被壓縮成一個極小的點。這個過程與大爆炸相反,更像是宇宙垃圾桶壓實機。

當大擠壓發生時,宇宙的物質密度會以指數級增加,導致災難性的崩潰。星系和星系盤合並在一起,恒星之間會頻繁地碰撞,宇宙微波背景輻射會轉向光譜的南端,恒星無法再向外輻射熱量,宇宙會變得越來越熱,最後恒星會蒸發煙滅。最終宇宙會被擠壓成一個奇點,這個奇點就是宇宙大爆炸之前的奇點,當這個奇點受到某種外力的擾動時,奇點會再次爆炸,新的宇宙就會誕生,不過這些也都是科學家的一種猜測,真相到底是什麽樣子的?目前科學家還在積極的研究當中,不過就現在的科學理論來看,我們的宇宙確實在加速膨脹,根據科學家的觀測得出,宇宙膨脹的速率和星系距離我們的遠近有關系,當星系和我們之間的距離每增加326萬公裏,其遠離我們的速度就會增加每秒67.8千米。

實際上,那些我們目前觀測到的那些100億年前的古老天體,由于宇宙加速膨脹,它們現在與我們的實際距離已經遠超100億光年。根據宇宙膨脹速率進行推算,當星系位于距離我們144億光年範圍以外的地方,其遠離我們的速度就超過了光速。不過這並沒有違反相對論,因爲天體的實際運動速度並沒有超過光速。由于沒有物體的運動速度能夠超越光速,包括信息也不可能,因此在這個範圍以外的天體,已經跟我們失聯了。我們現在只能觀測到它們在幾十上百億年前發出的光,而其現在發出的光由于距離太過遙遠,加上宇宙還在加速膨脹,再也沒有抵達地球的可能。如果宇宙一直加速膨脹下去,各個星系團或者星系之間的距離會越來越遙遠,到時候它們之間不再會有物質交換等聯系,都將成爲宇宙中的孤島。

不少科學家猜測,宇宙膨脹的原因可能和暗物質有關系,按照目前的宇宙學模型研究表明,我們所能夠看到的一切物質其實僅僅占整個宇宙的百分之4.6,還有百分之24是無法看見的物質,這種物質被稱爲是暗物質,暗物質和普通物質最大的區別就是它完全不可見,既然這些物質看見,那麽我們是如何知道它們存在的?在17世紀的時候,牛頓提出了萬有引力定律,他認爲引力的大小和每個物體的質量總和成正比,和他們之間的距離的平方成反比,在1933年的時候,科學家茲維基通過光譜分析了後發座星系團內的星系運動速度,分析結果顯示星系團中星系的彌散速度太高,按照平方反比定律,這些星系並不會聚集成群,它們應該相互飛散才對。

而這似乎違背了萬有引力定律,于是茲維基認爲在後發座星系團內肯定還有其他我們沒有發現的物質提供額外引力,其質量是可見物質的百倍以上,這種額外物質就是科學家所認爲的暗物質,由于目前科學家不知道暗物質到底是由什麽組成的,所以科學家只能夠通過引力透鏡效應來發現它,引力透鏡是愛因斯坦廣義相對論中預言的一種現象,目前已經被科學家證實了,其原理就是當一束來自遙遠星系光線經過大質量物體的時候會發生彎曲現象,形成類似凸透鏡的彙聚效應,通過哈勃望遠鏡觀測的數據,正是因爲發現了很多星系出現了扭曲,從而間接的證明了暗物質的存在,科學家認爲暗物質能夠釋放出一種巨大的能量,這個能量就是暗能量。

暗能量被認爲是填滿整個宇宙的一種能量形式,其特點是壓力爲負值,導致宇宙膨脹的力量超過了引力的作用。暗能量的存在可以解釋爲什麽宇宙膨脹加速並持續不斷。盡管我們無法直接觀測或量化暗能量,但科學家們通過各種間接觀測和實驗得出了對它的一些性質的估計。暗能量被認爲占據宇宙總能量的約70%,使宇宙的膨脹速度逐漸加快。暗能量的性質和來源仍然是科學界的一個謎團。一種可能的解釋是,暗能量是由于真空的量子波動産生的,這被稱爲“量子波動暗能量”理論。另一個可能的解釋是暗能量與時空的基本屬性有關,它可能是一種新的物質或場。科學家經過研究發現,暗能量不僅僅能夠推動宇宙的膨脹,還能夠控制天體的運動規律。

科學家發現,在星系的中心基本上都存在一顆超大質量的黑洞,黑洞相信很多人都知道,它的引力非常巨大,越是靠近黑洞中心的物質,所受到的引力影響就越大,但是越是遠離星系中心的物質,它們所受到的引力影響就會越小,而産生的離心力會越大,按照這個理論來看的話,那麽星系邊緣的物質應該會被離心力甩出去才對,爲什麽宇宙中星系邊緣的物質還能夠穩定的圍繞星系轉動?科學家認爲這就是暗能量在控制著天體的運行,它能夠牢牢地抓住天體,使得天體不會被離心力甩出去,雖然這些目前都是科學家的猜測,但是未來隨著人類科技的進步,說不定人類能夠找到暗物質和暗能量。如果我們能夠找到暗物質和暗能量,或許我們就能夠解開宇宙誕生的奧秘。

小編認爲,人類是地球上最有智慧的生命,從誕生以後就開始不斷的研究和探索世界的奧秘,到現在人類文明僅僅發展了幾千年,在如此短暫的時間內,人類能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度非常快,只要人類能夠堅持不懈的努力下去,未來人類一定能夠解開宇宙誕生的奧秘,同時也能夠找到宇宙中更多神秘的物質,小編希望人類能夠早日實現自己的夢想,對此,大家有什麽想說的嗎?

1 阅读:533
评论列表
  • 2024-01-01 02:31

    什麽亂七八糟的的東西!宇宙是有邊界的!宇宙只是大一點的球!宇宙是通過吸收混沌宇宙的世界之力運轉的!還有宇宙也不是爆炸出來的!而是主宰在混沌宇宙找到的世界之心慢慢培養出來的!

  • 2024-01-05 14:56

    生與死輪回不止,強者生弱者死。

  • 2024-02-09 21:37

    都說宇宙大爆炸是因爲宇宙在膨脹,但是有沒有考慮到另外一種可能?宇宙在被另一個強大的黑洞在拉扯?因爲我們在宇宙之內所以在我們看來宇宙是膨脹的,但從整個宇宙的外面看宇宙其實是在被另一個強大的黑洞在拉扯?如果這個可能是成立的,那麽宇宙大爆炸根本就不存在!而且這也符合爲什麽膨脹的速度爲什會越來越快,因爲離黑洞越近引力越強,所以被拉扯的速度就越快![啤酒]

  • 2023-12-31 11:20

    文章太長了……

  • 2024-01-16 06:30

    絕對時空是真理,相對時空是創造假說,是悖論欺騙。………數千年的絕對時空觀,被騙子斯坦創造假說禍害了(相對時空—相對論,由此演繹出質能方程,狗屎變核彈方程)。………任何空間位置都是唯一的處處不同的不斷變化的,如何空間相對?近似的空間相對應用不可能得到確定性真理(慣性系和pi都是美好抽象)。意識時間有絕對順序,如何相對?改變時間方向?改變時間參考點?將古羅馬移動到未來?如何抹去遺存和記憶???

  • 2024-01-03 07:36

    黑洞能吸收宇宙中的一切,那麽黑洞又是怎麽形成的?

  • 2024-01-11 19:37

    宇宙就是在天上中的“星球”與空間組成稱爲宇宙!起源與毀滅是指:星球的能源耗盡;炸毀,或空間破碎。重生是指:各星球再組合質量演變

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