問:我有一個關於大爆炸的問題;根據這個理論可以得知,宇宙一直在膨脹。我們是否有理由認為宇宙存在一定容量,一旦達到這種容量,宇宙就會開始收縮呢?
答:宇宙是很大的-它可能是無限的-我們的一些常識想法對此並不適用。本身沒有最大容量,宇宙不會擴展到新的空間:相同的空間會擴展。空間可以無限大,但仍然會一直變大!原則上來說,宇宙有可能停止膨脹,它也有可能會收縮。
如果宇宙中的質量密度足夠大,使得所有質量的相互引力足夠強,強到足以將物體拉回一起,就可能發生這種情況。據我們目前所知,沒有足夠的質量來完成這一任務,我們的宇宙將永遠膨脹。我們只能在100或200億年或更長的時間以後再來探討!
問:我很想知道,如果走出宇宙的「邊緣」,會發生什麼呢。希望您能用一個高中生能理解的術語向我解釋這一點,謝謝。
答:人們總是想知道什麼是超越邊緣的。在古代,很多人認為地球是平的,如果你跨過了邊緣,你會摔倒。我相信我們都能想到願意為實驗做志願者的人。在現代宇宙學中,沒有這種意義上的物理邊緣。由於宇宙年齡有限,我們的感知也是有限制的。我們只能看到光有時間到達我們這裡。宇宙大約有130億年的歷史,所以有一個邊緣——地平線——限制了我們能看到的距離。我們希望看到的最遙遠的物體是130億光年以外的物體。來自更遙遠物體的光沒有足夠的時間到達我們這裡。不過,這不是一個可以想像的超越邊緣。
它更像是地平線。如果你在地球上走得足夠遠,你就可以到達並越過起點的地平線。沒有什麼特別的事情發生-你只是無法回到你開始的地方,因為你已經走得太遠了,已經超出了你的新視野。宇宙也是如此-你可以想像從一個星系跳到另一個星系,直到你到達你所感知的宇宙邊緣。但是你所能找到的仍然是地平線以外更多的星系,看起來非常像你留下的那個星系。你的起點現在就在你的新地平線的邊緣,但你無法到達任何一個可以躍出的邊緣。
問:根據大爆炸理論,宇宙不斷膨脹。如果我們已經接近宇宙的邊緣,那麼宇宙膨脹到什麼程度了呢?另外,如果我們實際上是從大爆炸理論中創造出來的,那麼我們能否認為其他形式的人類或空間是否也在被創造或已經被創造。
我的問題是:什麼是超越宇宙邊緣的?如果我站在宇宙的邊緣,把一塊石頭扔出宇宙的邊緣,會發生什麼呢?岩石還會是宇宙的一部分嗎?或者它會不會成為其他事物的一部分?
如果我站在宇宙的邊緣,扔下一塊石頭,它會去哪裡?會發生什麼呢?
答:當考慮到宇宙學和宇宙的大尺度結構的問題時,知道一個人的日常直覺並不總是有效可能並不奇怪。在這種情況下,區別在於,實際上宇宙沒有邊緣。想像一個吹起來了的氣球,再想像一隻螞蟻在它表面。螞蟻可以在氣球周圍移動,但它永遠找不到邊緣!如果螞蟻要扔麵包屑(相當於石頭),它只會沿著氣球表面移動。「等等」,你可能會問,「氣球有中心點嗎?」當然有。這裡的類比是,儘管宇宙沒有邊緣,但它確實有一個開始。因此,你可以問宇宙有多古老,而最好的證據是它的年齡還不到140億年。
除了宇宙的膨脹(我們的星系本身並沒有膨脹,它只是被攜帶著),我們都不清楚。宇宙正在膨脹成什麼樣是一個相當深刻的問題。有些人認為我們的宇宙正在擴展到某個無限區域或更高維度。還有一些人認為,我們可以通過說宇宙在膨脹時創造了空間來「回答」這個問題,這樣它就不必膨脹成任何東西。不過目前還沒有人確定。
是否存在其他宇宙也是一個懸而未決的問題。如果存在,這些宇宙中可能存在著什麼呢。馬克斯·泰格馬克一年前在《科學美國人》雜誌上發表了一篇文章,討論了如果宇宙是無限的,會發生什麼。他考慮了不同的類別,包括具有與我們相同物理定律的宇宙,以及具有完全不同定律的宇宙。並得出了一些奇怪的結論,例如,如果宇宙是無限的,所有的定律都是一樣的,那麼會有另一個擁有阿什利、金伯利和傑西的宇宙,就像你已經過了自己的生活一樣!你現在不應該太認真地看待這個問題,因為儘管這是一個有趣的猜測,但我們不知道如何測試這些想法。
問:宇宙之外的物質叫什麼?
答:宇宙外的物質沒有一個特殊的名稱,可能是因為我們不知道宇宙外有什麼物質!正如我在回答你們另一個問題時指出的,人們對其他宇宙進行了猜測,但大家都不知道它們是否存在,它們的屬性是什麼。如果你想思考這個問題,你可以自己給它們取名叫「超物質」、「超宇宙物質」或者「這真的重要嗎?」
問:暗能量和暗物質從何而來?
答:對你的問題,簡短而誠實的回答是,沒有人確切地知道暗能量和暗物質是什麼,或者它們從何而來。我們可以根據天文觀測推斷出它們的存在。目前最好的猜測是,暗物質是由亞原子粒子組成的;但有一點很棘手,這些粒子是地球上任何實驗中都沒有檢測到的類型。人們在嘗試用各種方法探測暗物質,如果成功的話,我們可能會知道更多。暗能量更加神秘。有些人認為這實際上是一個「宇宙常數」場,它將時空分開。粒子物理學的大統一理論最終可能會自然地預測這樣一件事,在這種情況下,證明這種理論在其他方面是正確的證據(可以測試!)將是探測暗能量性質的間接證據。不過,我可想不出能直接探測暗能量的實驗!
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