宇宙的奥秘

作者: 萌大统领

来源: New Scientist

发布日期: 2021-01-01

本文探讨了宇宙的年龄、大小、重量、形状和命运等基本问题,介绍了大爆炸理论、宇宙微波背景、暗物质和暗能量等概念,并讨论了宇宙膨胀率和宇宙几何学的可能结果。

当你身处在星空之下时,除了被震撼之外,很可能还会引发你对宇宙最深层的思考,比如宇宙有多大?它是静止的吗?如果把宇宙中所有的恒星、行星、气体等物质都加起来,会有多重?宇宙几岁了?在本文中,我们将了解关于这些问题的已知与未知。一个世纪以前,如果你问宇宙学家这个问题,得到的答案很可能会是:无限!一个永恒的,静止的宇宙,很符合当时人们的想象。

然而在1920年代,勒梅特在研究了爱因斯坦的广义相对论后却大胆推测,宇宙并非像过去人们所认为的是静止的,而是在膨胀!一个正在膨胀的宇宙自然意味着它有着更小的过去——宇宙始于一个“原初原子”。在勒梅特想法的基础上,科学家建立了今天大家耳熟能详的大爆炸理论。起初,并不是所有的人都接受大爆炸这一思想,甚至连大爆炸这个名字都是由它的反对者提出的。

直到1960年代,当科学家意外地发现了宇宙中可以探测到的最古老的光——宇宙微波背景(CMB)时,人们才开始接受大爆炸理论,因为这种弥漫在空间各处的微波正是大爆炸理论的一个预言。今天,科学家通过分析CMB,计算出宇宙的年龄大约为138亿年。然而,这个数字仍然具有一些不确定性,因为这个数字与宇宙的膨胀率有关,但目前宇宙学家仍无法对宇宙究竟膨胀得有多快达成一致。

从某种角度来看,宇宙的边缘其实是很容易标记出来的:它是一束光自时间的开端以来所能传播的距离。在我们所谓的可观测宇宙之外的任何事物都是不可观测的。那么,你很可能会猜测,可观测宇宙的半径就是宇宙的年龄(138亿年)乘以光速,即138亿光年。但我们知道,空间实际上是在不断延伸的,这延长了光束的旅途。根据宇宙距离阶梯,就可计算出可观测宇宙的半径约为465亿光年。

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