宇宙到底是什么形狀：這個(gè)樣子你見(jiàn)過(guò)嗎
大家都知道地球是圓的，和其他太陽(yáng)系的行星都是圓的，那么宇宙呢?宇宙是不是也是圓形的呢?下面是小編分享的宇宙的形狀，一起來(lái)看看吧。
宇宙的形狀
宇宙是球形的，馬鞍形的，還是平坦的?
關(guān)于宇宙的結(jié)構(gòu)和未來(lái)，現(xiàn)代宇宙學(xué)說(shuō)認(rèn)為，如果宇宙總質(zhì)量大于某一臨界質(zhì)量，那么宇宙的結(jié)構(gòu)是球形的，并且總有一天會(huì)在引力作用下收縮。
如果宇宙總質(zhì)量小于臨界質(zhì)量，那么宇宙的結(jié)構(gòu)是馬鞍形的，宇宙內(nèi)部的引力無(wú)法抵消宇宙膨脹的速度而使宇宙一直膨脹下去。
如果宇宙總質(zhì)量恰好等于臨界質(zhì)量，那么宇宙的結(jié)構(gòu)是平坦的，宇宙也將像現(xiàn)在這樣一直膨脹下去。
宇宙的結(jié)構(gòu)實(shí)際上是時(shí)間和空間的結(jié)構(gòu)，普通人很難想像。不過(guò)科學(xué)家提出一個(gè)衡量宇宙結(jié)構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)：如果兩束平行光線越來(lái)越近，那么宇宙結(jié)構(gòu)是球形的;如果兩束平行光線越來(lái)越遠(yuǎn)，那么宇宙結(jié)構(gòu)是馬鞍型的;如果兩束平行光線永遠(yuǎn)平行下去，那么宇宙結(jié)構(gòu)則是平坦的。平坦宇宙的結(jié)構(gòu)可以用歐幾里德幾何解釋。
平坦宇宙學(xué)的幾個(gè)證據(jù)。
宇宙結(jié)構(gòu)是平坦的這一結(jié)論是參加“銀河系外毫米波輻射和地球物理氣球觀測(cè)項(xiàng)目”的多國(guó)科學(xué)家得出的。這一項(xiàng)目的目的是研究宇宙背景輻射的詳細(xì)情況。
科學(xué)家在1998年底將一些射電天文望遠(yuǎn)鏡放置在氦氣球頂部，隨氦氣球上升到距地面約40公里的高空，在那里對(duì)特定宇宙區(qū)域進(jìn)行了11天的觀測(cè)，獲得了迄今關(guān)于宇宙早期輻射最詳實(shí)的數(shù)據(jù)。
經(jīng)過(guò)研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在大尺度上，宇宙最初發(fā)出的光線并沒(méi)有發(fā)生彎曲現(xiàn)象，也就是說(shuō)當(dāng)初的兩束平行光線一直保持平行狀態(tài)，這說(shuō)明宇宙結(jié)構(gòu)是平坦的，也就是說(shuō)宇宙總質(zhì)量恰好等于臨界質(zhì)量，宇宙將像現(xiàn)在這樣一直膨脹下去。
早在1965年，科學(xué)家就已探測(cè)到宇宙空間中均勻分布著的宇宙背景輻射，其溫度為零下270攝氏度。大爆炸學(xué)說(shuō)認(rèn)為，這種輻射是宇宙大爆炸后的“余燼”。從這些“余燼”中，科學(xué)家可以推測(cè)大爆炸初期的情景
1991年，美國(guó)宇宙背景探測(cè)衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)，宇宙背景輻射中存在著微小溫度波動(dòng)，如同在“余燼”中閃動(dòng)著的微弱“火光”，這表明那時(shí)宇宙內(nèi)已存在密度非常小的物質(zhì)云團(tuán)。正是這些云團(tuán)逐漸收縮形成了后來(lái)的星系。“銀河系外毫米波輻射和地球物理氣球觀測(cè)項(xiàng)目”是在該衛(wèi)星發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行觀測(cè)的。
此外，分別于1990年4月和1991年4月進(jìn)入太空的“哈勃”天文望遠(yuǎn)鏡和伽馬射線探測(cè)器以及其他一些觀測(cè)儀器也對(duì)宇宙的結(jié)構(gòu)和演化進(jìn)行了觀測(cè)，取得了大量成果。這些成果較為一致地認(rèn)為宇宙將一直膨脹下去。
人類對(duì)宇宙誕生和演化的觀測(cè)研究剛剛起步，關(guān)于宇宙結(jié)構(gòu)和未來(lái)的推測(cè)也僅僅是初步結(jié)論。未來(lái)幾年，科學(xué)家計(jì)劃發(fā)射兩顆衛(wèi)星更精確地觀測(cè)宇宙早期輻射的情況，此外，科學(xué)家還將采取其他多種手段觀測(cè)宇宙，宇宙誕生和結(jié)構(gòu)之謎將被進(jìn)一步揭開(kāi)。
宇宙形狀的三種假說(shuō)
第一種假說(shuō)是宇宙永恒論，此假說(shuō)認(rèn)為宇宙并不是動(dòng)蕩不定的，宇宙從開(kāi)天辟地時(shí)開(kāi)始，就永恒不變的，既是發(fā)生變化也是局部的。
第二種假說(shuō)是宇宙分層論，此假說(shuō)認(rèn)為宇宙結(jié)構(gòu)是分層次的，恒星是一個(gè)層次，恒星集合組成星系是一個(gè)層次，若干個(gè)星系結(jié)合在一起組成的星系團(tuán)是一個(gè)層次，一些星系團(tuán)在組成超星系，成為更高的層次。
第三種假說(shuō)則是目前為止科學(xué)家認(rèn)同最多的一宇宙爆炸論種，他們認(rèn)為大約在200億年以前，我們今天所看到的天體物質(zhì)都集合在一起，形成一個(gè)密度極大、溫度極高達(dá)100億度的大火球，這個(gè)時(shí)期空中到處充滿輻射，恒星和星系并不存在。后來(lái)因某種原因，這個(gè)原始火球發(fā)生了大爆炸，組成的火球物質(zhì)被噴到四面八方，并逐漸冷卻，密度開(kāi)始降低，爆炸后兩秒鐘之后，質(zhì)子和原子在100億溫度下產(chǎn)生，隨后11分鐘之內(nèi)，自由中子衰變，進(jìn)而形成了重元素的原子核。大約一萬(wàn)年以后，氫原子和氦原子產(chǎn)生。在這一萬(wàn)年里，聚落在空間的物質(zhì)逐漸聯(lián)合，這些物質(zhì)凝成星云、星系的恒星。大部分氣體在星云的發(fā)展中形成星體。 至于宇宙形狀無(wú)法說(shuō)明。
霍金揭開(kāi)宇宙真實(shí)形狀
據(jù)國(guó)外媒體報(bào)道，我們的宇宙或許有著讓超現(xiàn)實(shí)主義畫(huà)家最難以置信的畫(huà)作一樣的幾何結(jié)構(gòu)。這是當(dāng)今世界上最著名的理論物理學(xué)家，來(lái)自英國(guó)劍橋大學(xué)的霍金所得出的最新研究結(jié)論。
該發(fā)現(xiàn)或許使荷蘭畫(huà)家M.C.埃舍爾(M. C. Escher)的粉絲們感到高興?；艚鸬难芯繄F(tuán)隊(duì)聲稱他們的研究為超弦理論(superstring theory)所需要的空間幾何結(jié)構(gòu)提供了道路。超弦理論是仍舊停留在假設(shè)階段的最有希望的“萬(wàn)有理論”候選者。他們的計(jì)算基于一種數(shù)學(xué)扭曲(mathematical twist)理論，之前認(rèn)為是不可能的。如果該結(jié)論成立，那么它將能解釋宇宙是如何從大爆炸中產(chǎn)生的，同時(shí)也能使廣義相對(duì)論和量子力學(xué)得到統(tǒng)一(引力量子化)。
霍金的一位同事托馬斯·赫托格(Thomas Hertog)說(shuō)：“我們已經(jīng)有了通向建立超弦理論的新途徑。”
霍金的新宇宙圖景是重復(fù)排列的形狀，正如埃舍爾的畫(huà)作“圓形極限IV”中的嵌套的蝙蝠和天使一樣。雖然這些是平面圖，但是它是作為雙曲面空間物體的投影圖像，很像地圖是地球儀的平面投影一樣。例如，雖然蝙蝠在平面投影中好像在邊緣區(qū)域以指數(shù)速率在收縮，但是在超空間中它們都還是相同的大小。這些在投影中顯得扭曲了的圖像是由于雙曲空間不能放置在平面中的緣故，因此它們看起來(lái)像是扭曲了的馬鞍形山地地形圖。這些不是我們的宇宙看起來(lái)的樣子。科學(xué)家通過(guò)對(duì)宇宙大爆炸的回聲—“宇宙背景微波輻射”的測(cè)量以及對(duì)超新星距離的測(cè)定，得出了我們宇宙是平坦的而非扭曲的結(jié)論。
我們的宇宙正在加速膨脹，由一種人們還完全不了解的神秘“暗能量”所驅(qū)動(dòng)。我們不知道暗能量是什么以及它來(lái)自哪里，但愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論能為我們提供解釋這種加速膨脹的數(shù)學(xué)語(yǔ)言。一種叫“宇宙學(xué)常數(shù)”的常數(shù)項(xiàng)進(jìn)入愛(ài)因斯坦的引力場(chǎng)方程就能使宇宙永遠(yuǎn)膨脹下去，但只有這個(gè)常數(shù)是正號(hào)(+)的情況下才行?，F(xiàn)在，說(shuō)我們生活在一個(gè)永遠(yuǎn)膨脹的宇宙當(dāng)中和說(shuō)我們宇宙的宇宙學(xué)常數(shù)是正號(hào)是等價(jià)的描述。
然而，還有一些懸而未決的難題。廣義相對(duì)論描繪了當(dāng)前宇宙的這個(gè)層面，但它還是不能描繪宇宙大爆炸本身。廣義相對(duì)論是在大尺度中起作用的理論，而量子力學(xué)則統(tǒng)治著微觀世界，這意味著你不能夠預(yù)測(cè)我們?yōu)槭裁瓷钤谶@樣的宇宙中。
另一方面，超弦理論提供了一幅宇宙歷史的完整圖像而且能把引力和量子力學(xué)統(tǒng)一起來(lái)，但是它所描繪的宇宙有一個(gè)負(fù)的宇宙學(xué)常數(shù)。這給理論物理學(xué)家留下一個(gè)非常難解的問(wèn)題：一方面我們所觀測(cè)到的宇宙運(yùn)行的很好，但缺乏一個(gè)完整的理論描述;另一方面有一個(gè)完整的理論，但不能描繪真實(shí)的宇宙。
現(xiàn)在，霍金、赫托格和哈特爾提供了一種解決問(wèn)題的方法。他們發(fā)現(xiàn)了能夠利用負(fù)的宇宙學(xué)常數(shù)產(chǎn)生加速膨脹宇宙的方法。這意味著超弦理論或許能夠完整描繪我們所觀測(cè)到的宇宙。這項(xiàng)提議是從上世紀(jì)80年代霍金和哈特爾為了繞過(guò)廣義相對(duì)論的缺點(diǎn)尋求整個(gè)宇宙的量子圖像的理論中成長(zhǎng)出來(lái)的。
在量子力學(xué)中，一種稱為“波動(dòng)方程”的方程描繪了微觀粒子所有可能的量子態(tài)，每一種量子態(tài)都賦予一定的概率。霍金和哈特爾尋找一種類似的波動(dòng)方程，該方程能夠從宇宙大爆炸中產(chǎn)生出不同的宇宙，包括太陽(yáng)系永遠(yuǎn)也不能產(chǎn)生的宇宙或其中的生命以非常不同的方式演化的宇宙。
在過(guò)去的30年里，霍金和哈特爾曾經(jīng)試圖在他們的宇宙波動(dòng)方程中強(qiáng)行插入正的宇宙學(xué)常數(shù)，因?yàn)檫@被認(rèn)為是符合我們所觀測(cè)到的宇宙的?，F(xiàn)在他們把負(fù)的宇宙學(xué)常數(shù)引入到波動(dòng)方程中，看起來(lái)能夠描繪我們宇宙的產(chǎn)生，同時(shí)也為超弦理論的發(fā)展提供了幫助。
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