
宇宙实际上是一切,所有存在的总和。它包括所有物质,例如星星和星系。宇宙还包括所有辐射和所有其他形式的能量。无论您在何时或何时存在,您都是宇宙的一部分,就像您体验到的一切一样。宇宙之外没有什么,因为存在的任何物体都会自动包含在宇宙的定义中。
宇宙多大了,它正在扩展?
我们对宇宙历史的最佳理解来自大爆炸理论。对遥远星系的观察表明,所有星系平均都远离其他所有星系。天文学家将这一动议解释为意味着宇宙本身正在扩大。在最大的尺度上,星系之间的距离随时间增长。这意味着,过去,宇宙比今天更小,更热且更密集。
爱因斯坦的一般理论相对论允许宇宙学家将宇宙的内容连接到其扩展历史记录,并从那里计算其年龄。根据当前的估计,基于多种观察结果 - 例如远处超新星, 这宇宙微波背景以及丰富的光元素 - 宇宙大约有137.87亿年的历史。在最早的时刻,整个宇宙被压缩到一个无限的小点,称为奇异性。从这种奇异性来看,空间不断扩展,从而引起了我们今天看到的宇宙根据美国国家航空航天局(NASA)的说法。
宇宙是如何创建的?
科学家不知道大爆炸之前发生了什么。但是,他们确实知道奇异性不是真实的。取而代之的是,这是一般相对论的伪像,当方程破裂并失去描述身体状况的能力时,会发生。对奇异性的真实解释必须在于量子重力理论,这是一种在极小尺度上的物理理论。物理学家目前没有这样的理论,但是他们确实有几个候选人,例如弦理论和循环量子重力。
科学家甚至都不知道这个问题大爆炸之前发生了什么?根据天体物理学家Ethan Siegel的说法。
最终,宇宙存在的原因可能是所有哲学问题中最大的原因。
可观察到的宇宙是什么?
天文学家目前不知道宇宙有多大,但是我们可以看到的限制。该卷被称为可观察的宇宙。
因为宇宙的年龄有限,并且由于光的传播仅限于最大速度,因此从我们的角度来看,只有宇宙的一定部分才被照亮。可观察到的宇宙是一个大约420亿光年的球体。 (对于规模,银河系只有100,000光年,最近的星星太阳距离不到4光年。)
这星系天文学家在这个领域的边缘观察到了最高130亿年前的灯光。但是,宇宙的扩展速度比光速速度快,这不是问题,因为特殊相对论表明,对象不能比光速更快地应用的限制仅适用于观察者附近的测量,而不是遥远的宇宙中的对象。
如果宇宙是静态的,那么随着时间的流逝,当它们的光最终到达我们时,我们将能够观察到更遥远的星系。但是,宇宙的膨胀正在将那些比它们的光更快地回到我们身边的遥远的星系中,我们将永远无法观察到它们,PBS的Nova报道。
宇宙是无限的吗?
宇宙学家认为,超越可观察到的宇宙的边缘……更多的宇宙:更多的恒星,更多的星系,更多的行星,更多的一切。但是,由于这是不可观察的,所以天文学家不知道整个宇宙有多大。宇宙可能确实是无限的,根本没有太空的边界,根据美国国家航空航天局(NASA)的说法。
但是,一种规模的估计来自通货膨胀理论,这一事件许多宇宙学家认为发生在大爆炸的最早时刻。在通货膨胀期间,宇宙在一秒钟的一小部分中迅速膨胀到许多数量级。通货膨胀理论使宇宙的最小尺寸的直径比可观察到的宇宙宽约10^62倍。
宇宙是什么?
宇宙的大多数内容都是现代物理目前未知的一种形式。宇宙中总能量的68%由暗能量,一种假设的能量形式,似乎存在于真空中时空本身。但是,物理学家不知道这种能量来自何处或为什么它具有其力量,根据哈佛大学的宇宙论坛。
大约27%的宇宙物质和能量由暗物质,被认为是一种不与光相互作用的物质形式。尽管绝大多数物理学家认为暗物质是一种新型的基本粒子(或颗粒),但它们尚未直接检测到它。
其余5%的宇宙由正常的,熟悉的物质组成,例如恒星,行星和巨大的气云。
宇宙将如何结束?
要了解宇宙将如何结束,我们必须首先准确测量其内容。由于宇宙的主要组成部分是暗能量,这将决定其未来的进化。暗能量的主要影响是它正在加速宇宙的扩展。因此,宇宙不仅每天都在越来越大,而且每天越来越快地变得更大。假设暗能量将保持不变(这是一个很大的假设,因为我们目前不了解黑暗能量的本质),那么这种加速的扩展最终将使几乎每个星系都赶出我们可观察到的球体,天体物理学家Kevin Pimbblet在说对话。
从现在开始的数百十亿年,我们几乎每个星系都将使我们看不见。最终,银河系将用完新鲜的气体才能创造出新的星星。从现在开始,最后一颗恒星将熄灭,留下薄薄的基本颗粒汤,这些颗粒将慢慢冷却至绝对零的温度。
其他资源
- 要将牙齿沉入宇宙学中,请查看“”你在宇宙中的位置(Prometheus,2018年),由文章作者和天体物理学家Paul M. Sutter撰写。
- 探索宇宙的最终命运在这个很棒的视频中来自PBS时空。
- 查看宇宙大小的计算不是很小的壮举在“天文学演员”的这一集中播客。
参考书目
Brennan,P。(2020年,12月3日)。什么是宇宙?NASA。https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-en-exoplanet/what-is-the-universe/
Halper,P。(2012年10月10日)。可观察到的宇宙有多大?PBS Nova。https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/how-large-is-the-the-beservable-universe/
NASA。 (2010年4月16日)。什么是通货膨胀理论?https://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_cosmo_infl.html#:~: text=thext = the%20Inflation%20Theory%20Proposes%20A,20A,20a,%20 gradalaDally%20Gradaly%20Throughout;
Pimbblet,K。(2015年9月3日)。宇宙的命运:热死亡,大裂口或宇宙意识?对话。https://theconversation.com/the-fate-of-the-universe-heat-death-big-rip-rip-or-cosmic-cosmic ciscisciencness-46157
Siegel,E。(2022年,3月4日)。问Ethan:我们的宇宙真的一无所有吗?大思考。https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-nothing/