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  • 宇宙究竟要膨胀到何处?

    将近140亿年前,宇宙的生命从大爆炸开始,一直膨胀扩大至今日。但它是在膨胀成为什么呢?这是一个复杂的问题。

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    目前的原因是,爱因斯坦的广义相对论方程把空间和时间描述为一种相互连结的宇宙的构造。这意味着我们所知道的空间和时间只作为宇宙的一部分而存在,并不存在于宇宙之外。当日常生活中的物体膨胀,它们会占据更多空间。但如果并不存在额外的空间去膨胀,那么膨胀到底意味什么呢?

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    1929年,爱德文·哈勃的天文观测给了我们明确的答案。他通过对夜空的调查,发现了所有遥远的星系会朝着远离地球的方向移动。此外,越遥远的星系,后退移动的速度就越快。这该怎么理解呢?

    想象一块葡萄干面包在烤箱中膨胀。每颗葡萄干之间面糊膨胀的量是相同的。如果我们想象葡萄干是星系,面糊是它们之间的空间,我们就可以想象星际空间的拉伸或膨胀会让星系远离彼此。而且对于任何一个星系,它远处的邻居会比邻近的邻居在相同的时长里移动更长的距离。

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    果不其然,广义相对论的公式预测会有一场重力和扩张之间的较量。只有在星系之间黑暗空虚的空间中,扩张才会胜出,于是这些空间会膨胀。这就是我们的答案,宇宙正在不断地自我扩张中。

    即便如此,宇宙学家正在探索数学模型的极限,来推测是否有什么(如果有的话),存在于我们的时空之外。这不是胡猜乱想,而是针对宇宙大爆炸理论漏洞的科学假设。大爆炸理论预测物质会均匀地分布在宇宙中,以一种稀薄的气体形式存在——那么,星系和星体是怎么形成的呢?

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    暴胀理论描述了一段短暂的快速扩张时期,把早期宇宙中能量的量子波动联系到了气体团的形成,最终得以形成星系。如果我们接受这个理论,它也可能意味着我们的宇宙代表了一个处于永远在膨胀的、更大的宇宙现实中的一个区域。关于这个推测的实际情况究竟如何,我们什么也不了解,除了数学上预测了这无尽的膨胀可能是由一种不稳定的量子能级所导致。

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    不过,在很多局部的区域中,这种能量可能会随机地安定下来进入稳定的状态,停止膨胀并形成多个泡泡宇宙。每一个泡泡宇宙——我们的宇宙也是其中一个——会有自己的大爆炸和物理定律。我们的宇宙会是一个更大的多重宇宙的一部分,它极速的膨胀使得我们不可能与其它宇宙相遇。

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    大爆炸理论还预测了在高温的早期宇宙中,我们的4种基本力可能统一成一股超级力。数学的“弦理论”描述了这个统一的过程,还有亚原子的夸克和电子的基本结构。在这些被提出的模型中,“振动的弦”是组成宇宙的基本单元。曾经相互竞争的弦理论模型现在已经巩固成了一个统一的描述,并指出,这些结构可能与叫做“膜”的高维度平面相互影响。

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    我们的宇宙可能存在于一个这样的“膜”之中,漂浮在一个未知的高纬度空间,叫做“体宇宙”,或者“超空间”。其它膜——包含其它类别的宇宙——可能会共同存在于超空间中。相邻的膜甚至可能会共有一些基本力,比如重力。

    永恒膨胀和膜都描述了一个多重宇宙,但永恒膨胀中的宇宙是孤立的,而膜宇宙可能会相撞。这样的碰撞产生的回声会出现在宇宙微波背景辐射上——早期大爆炸遗留下来的遍及我们宇宙的辐射。不过,迄今为止,我们还没有找到这样的宇宙回声。

    宇宙究竟要膨胀到何处?

    有些人怀疑这些不同的多重宇宙假设可能最终会聚合成一个共同的描述,或者被其它理论所替代。目前来说,它们仅是对数学模型推测性的探索。虽然很多科学实验启发或引导了这些模型,但目前只有很少的客观实验可以直接测试它们。在下一个爱德文·哈勃到来之前,科学家们很可能会继续争论相互竞争的模型的美妙简洁性……并继续梦想着,到底有什么(如果有的话),存在于我们的宇宙之外。

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3. Christina Wang- Lipeng Chen-流星魂

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