宇宙的演化模型是否无限?可观测宇宙到底如何理解?

有一种理论可以接受宇宙的的无限,就像是人类生存在地球表面,向着一个方向走永远都没有尽头,最多只是绕着地球转圈,永远都找不到边界,这个时候你可能就会认为生活的世界是没有边界的。

“四方上下曰宇,宇虽有实,而无定处可求;往古来今曰宙,宙虽有增长,不知其始之所至”,这段话对宇宙有一个很好的描述,广义上来理解宇宙就是时间空间加上物质构成的一个整体,这一点非常好理解,但是时间和空间上的边界问题就困扰了科学家很久。

大部分科学家都不喜欢那些飘渺无限的东西,目前的主流观点认为宇宙诞生于138.2亿年前的奇点大爆炸,随着漫长时间的演化,目前的可观测宇宙直径已经达到了930亿光年,从这个理论可以找出时间和空间的起点,同时找出空间“临时的终点”,这个所谓“临时终点”就是暂时可观测的宇宙范围。

宇宙的演化模型

宇宙学问题是最抽象也是最难以研究的,想象一下人类是地球上发展了几十万年的小生物,在上个世纪中叶之前甚至都无法飞出地球,要想去研究诺大的宇宙,连从哪里下手都不知道。大约400年前伽利略第一个把望远镜指向了天空,同时他也有所发现,那就是在木星的周围出现了四颗绕行的小天体,现在把它们称之为伽利略卫星,也就是木卫一、木卫二、木卫三、木卫四。

其实伽利略的发现证明支持了哥白尼的日心说,但当时宗教掌握着社会秩序,不允许伽利略站出来表明自己的观点。但是可以知道从那个时候开始我们就已经在逐渐的认识宇宙,扩展我们的宇宙观。当我们认识到太阳才是核心,地球绕着太阳在公转,同时也了解了太阳是银河系内一颗普通的恒星,在银河系内有着两千多亿颗类似的恒星。

这个时候就要说哈勃的重要性了,一直以来大部分科学家都认为宇宙是稳态的,但是稳态的宇宙就很难去寻找它的起源,这就涉及到了一个永恒的状态。爱因斯坦对于稳态宇宙模型也是抱着肯定的态度,即使在用自己的广义相对论场方程,研究宇宙演化问题的时候,得到了动态宇宙结论,但是为了不打破现有的观点认知,就在自己的场方程中加入了宇宙学常数。

不久之后哈勃发现了河外星系大部分都是呈现红移现象,这也表明了宇宙膨胀的事实,爱因斯坦来到哈勃工作的天文台亲自观看,结果就是后悔不已,这件事情也被爱因斯坦认为是自己一生中最大的错误。再加上六七十年代发现的宇宙背景微波辐射,宇宙大爆炸的假说也逐渐的被认可。

可观测宇宙到底如何理解?

宇宙不断的在膨胀,并且从目前的结果来看,宇宙膨胀是超光速的,因为138亿年的时间已经膨胀到目前的930亿光年可观测直径。在这里其实还要提及一个概念,那就是宇宙开始一段时间是在减速膨胀,这个过程是符合我们的认知的,因为从宇宙大爆炸假说来看,最初的瞬间膨胀速度是最快的,但是在自身的引力拉扯下速度会逐渐的变慢。

但实际观测结果显示,宇宙一直减速膨胀到大约70亿年前,在那之后宇宙开始加速膨胀,那么这个能量是源自于哪里?就像是向上扔一个小球,本应该是速度逐渐降低直到开始下降,但实际上却是加速向上飞一只飞出外太空,这个时候就要疑问了,这个看不见的手到底是什么?

科学家最后给出了一个结论,那就是暗能量,宇宙中重要的组成部分,表现出一种斥力的作用,距离越远效果越明显。就这样宇宙一直加速膨胀到今天,目前的可观测宇宙直径已经是930亿光年了,但这并不是宇宙真实的大小,只不过是在整个时间轴上真正有意义,能和我们产生因果关系的那一部分。

宇宙有大小吗?是否无限?

其实只要坚持宇宙大爆炸的假说,那么我们必然知道宇宙是有大小的,是不是难以想象“巴掌大”的宇宙是什么模样?

但我们至少要承认,是有那么一个时期,宇宙大小是可见的。但是现在已经加速膨胀到930亿光年,而不可观测宇宙直径科学家预估至少在23万亿光年之外,从这点来说宇宙是有大小的。但只要说到宇宙大小的问题,就会有人问出宇宙之外是什么的问题,只能说目前的科学体系没有宇宙之外的说法。

有一种理论可以接受宇宙的的无限,就像是人类生存在地球表面,向着一个方向走永远都没有尽头,最多只是绕着地球转圈,永远都找不到边界,这个时候你可能就会认为生活的世界是没有边界的。但是从更高维度去看,我们生活的世界就是一个球形,整体上是有界线的。那么宇宙也可能如此,在更高的四维空间中呈现出有界线的形式,而在我们三维空间中就是永远都找不到尽头,更不要谈论宇宙的大小了。

未来宇宙的结局

前文已经提到了因为暗能量的存在,宇宙一直都在加速膨胀,在短暂的时间段内,我们认为这个结论是正确的,未来宇宙也会一直沿着这个方向演化,那么最终的结局显而易见,从热力学的角度上也很好理解,宇宙只能是从有序向无序转变的熵增过程,最终达到最大的无序状态,宇宙变的一片死寂,不在具有一丝的能量。

当然还有观点认为,宇宙的加速膨胀也许是暂时的,在未来宇宙依然会减速膨胀,最终速度为零开始收缩,也就是大刘科幻小说《大塌缩》中所描绘的那样,一切重归“奇点”,开始新一轮的宇宙历程。

总结

关于宇宙的所有数字没有科学家敢于打保票就一定是准确的,因为宇宙的时间和空间尺度太过于巨大,即使某一个参数变化了,我们计算出来的宇宙大小和时间都会发生变化,很可能未来的理论越来越完善,对于宇宙的认识也会越来越准确。

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