03.02 宇宙真的是无边无际吗?

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宇宙到底是什么?

要搞清楚这个问题,我们就得先搞清楚“宇宙”到底指的是什么?

话说,中国的古人就对宇宙有明确的定义,其中《淮南子》就记载这:

往古来今谓之宙,四方上下谓之宇。

说的就是宇宙是空间和时间的集合。而如今,宇宙的定义也随着人类认知的一步步提升而发生变化。现在我们对于宇宙的定义已经变成了:所有的时间、空间、物质和事件的集合

所以,关于宇宙相关的一些问题,我们不能光从现在宇宙状态看待,或者说用一个动态的眼光来看待这个问题。

宇宙有多大?

如果从这个角度入手,我们就会发现“宇宙有多大?”其实也是一个“动态”的问题,而不是一个“静止”的问题。这个问题其实和宇宙本身的性质有关。

自从宇宙大爆炸以来,宇宙空间就开始膨胀,经过一轮大暴胀之后,开始减速膨胀,这其实就和宇宙中物质的引力有关。

在宇宙中,物质之间是有引力的,这会使得物质向内聚合,同时也在作用于宇宙空间向内聚合。所以,宇宙的空间会受到一个引力的作用,这由宇宙内部的物质所决定。这里要强调的是,宇宙中的物质不只有可见的物质,还有我们观测不到的暗物质,它们的总量远大于可见物质的总量,同时也提供了引力。星系之所以可以聚合在一起,暗物质起到了关键作用。

其次,宇宙同时还会受到排斥力的作用,而促使宇宙向外排斥的是:

真空能,我们管这个叫做暗能量。而这个排斥力的大小和宇宙本身的大小有关。

除了“引力”和“排斥力”,其实还和宇宙本身的形状有关,如果宇宙是类球面型的,那么宇宙就可能是有边界的,而如果宇宙是马鞍形或者平坦的,那宇宙就有可能是无限大的。

那宇宙到底是引力主导还是斥力主导?是平坦的还是马鞍形的还是球面的?这个问题,可以通过

宇宙微波背景辐射来确定。

所谓的宇宙微波背景辐射,其实就是宇宙大爆炸38万年后,光子获得自由,开始在宇宙中穿行,这一穿行就是138亿年,这些光子成为了宇宙的背景,遍布全天。而宇宙中从宇宙大爆炸38万年后至今的各种变化,其实都以储存在宇宙微波背景辐射当中。如果我们可以找到宇宙背景辐射,并且能尽可能地精准的探测到,那就可以获得宇宙过去、现在和未来的相信信息。

科学家也用各种仪器去探测宇宙微波背景辐射,并且一步步迭代观测技术,如今最新的宇宙微波背景辐射来自于普朗克卫星。

通过宇宙微波背景辐射,我们可以得到宇宙的物质密度,哈勃常数,宇宙是不是平坦的,宇宙年龄以及宇宙的物质比例等信息,所以宇宙微波背景辐射堪称是天文学家手中的武功秘籍。

其中通过普朗克卫星发回来的宇宙微波背景辐射来看,宇宙在千分之六的精度上是平坦的。这就意味着现在的宇宙很有可能是无限大的。

其次,通过测到的物质密度和哈勃常数,结合宇宙学理论,我们可以得到宇宙的物质占比。

如今我们知道暗能量在距今45亿年前开始占据了宇宙的主导,宇宙开始加速膨胀,而在此之前是引力占了主导。因此,宇宙大爆炸之后,宇宙是先进行减速膨胀,然后开始加速膨胀。

同时我们可以得到的是宇宙如今的密度占比,同时还知道了宇宙的密度略低于临界密度,这就意味着,宇宙的未来很有可能是一个开宇宙,宇宙将会一直膨胀下去。

因此,我们大概可以得到这样的结论,宇宙是一个无限大的宇宙,并且它还会继续膨胀下去,而宇宙的未来如果任何因素趋势其物质占比发生逆转的话,很有可能在暗能量趋势下,继续加速膨胀,极有可能是大撕裂或者热寂。

所以,如今的宇宙是无限大的,而且未来也很有可能是维持无限大的状态。


钟铭聊科学


对人类来说,宇宙是无穷大的。


宇宙自138亿年前的奇点大爆炸后,在超光速膨胀过程中,已有930亿光年可观测直径。这么浩瀚的空间在渺小的人类眼里无异于大到无穷,因为我们目前的科技水平永远都出不去。


众所周知,我们都生活在地球上,地球的直径有12756km,人的身高也就1.68m左右,相对地球来说简直就是长江里的一粒沙子。不过美国的BFR星际火箭能在1小时内绕地球一圈。


地球又是位于直径约有4光年的太阳系内,约有190亿km,这样的区域在人类来说只能竭尽所能。然而1977年发射的旅行者一号飞了40多年,现在还在日球层顶,预计2022年才能飞出太阳系,飞向银河系深处。


太阳系又是位于直径约20万光年的银河系的猎户座旋臂上,银河系对于现今的人类来说更是大不可及,人类在广阔的银河系面前是鞭长莫及。因为人类文明现在还没有任何飞行器去深入一探其究竟,大概也要等旅行者一号在2022年的好消息了。

银河系位于930亿光年的宇宙,现今的人类是望洋兴叹!因为目前的人类科技永远无法企及的范围。


弄潮科学


这个问题现阶段是不会有确定答案的~只能是猜测,因为人类连太阳系都很难出去,更别说跑到宇宙边缘验证一下了。

然而虽受制于太阳系,人类的思想却已天马行空,在宇宙空间翱翔!

天马的解释:我们所处宇宙就像一个鸡蛋一样,地球就呆在鸡蛋内部的某片区域。除了我们的鸡蛋外,还有无数个我们的兄弟姐妹,我们可以穿破蛋壳去别的宇宙。

行空的解释:宇宙可以类比为地球表面。我们从地球表面的某个地方出发,一直沿着同一个方向走下去,最终走过一个大大的圆圈,回到出发的地方。你走过的路程正好是地球轨道长度。因为我们是三维生物,能轻松地理解为什么不回头一直走下去就可以回到原来的位置。

类比宇宙,也许我们开着飞船一直走也可以周而复始地回到原点,但是从三维的角度就是理解不了,为什么在宇宙中一直航行就可以回到出发点呢?因为你低维生物就是理解不了高维的现象。


机械系刘同学




比如我们人类所在的地球,实际上是一颗行星,在自传的同时又围绕太阳转,太阳是恒星,它自身会发光发亮。凡是宇宙中自身会发光亮的星球都是恒星,围绕恒星转的就是行星,太阳系里有九大行星:金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星和冥王星。围绕行星转的就是卫星,比如月亮是围绕地球转的一颗卫星。



太阳系在银河系里只是一个小星系,银河系大约有3000亿颗像太阳一样的恒星。太阳系在银河系里是沧海一粟,而银河系在整个宇宙中又是沧海一粟。整个宇宙由无数个像银河系一样的星系组成。宇宙里的星系按一定的轨道运行着。

宇宙没有边际才能解释得通,如果说宇宙有边际,它的边是什么组成的?边的外面又是什么?这就无法解释。人类对宇宙的认识永远不能穷尽。


酱香久久13970763197


我们之所以认为宇宙是无穷大的,归根结底,其原因是来自于一个悖论,即:任何一片区域都应该会有一个尽头,而任何一片区域的尽头之外都应该有另一片区域存在。

宇宙的尽头是什么?如果宇宙真有尽头,那么在宇宙尽头之外又是什么?宇宙尽头之外的尽头之外又是什么?这是一个终极的问题,也是一个死循环,穷尽我们的想象,也无法给出完美的答案,于是我们只有非常不甘心地认为,宇宙是无穷大的。

那么,这个问题真的就是无解的了吗?其实并不是,只要跳出了常规的思维,我们就可以找到这个问题的答案。

近些年来,随着计算机技术的高速发展,有科学家提出了“我们所处的世界是虚拟的”这种理论,目前已有不少的科学家都对这种理论表示了支持,其中科技狂人埃隆.马斯克(Elon Musk)更是公开宣称这种可能性高达99%以上。

我们可以看出,这种理论可以简单又完美地解释我们遇到的所有难题,比如说宇宙起源、生命起源、时间起源……等等等等。

这种理论并非胡思乱想,它可以根据现有的现象推测出来。假设世界就是一个超级程序虚拟的,这个程序必定是运行在一台“电脑”上的,那么光速就是这台“电脑”的速度极限、普朗克常量是精度极限、基本粒子是“像素”……

从微观世界来看,基本粒子的“量子叠加态”是程序为节约系统资源,而有意做的模糊化处理,“量子纠缠态”是程序引用了同一个对象的两个指针,而“泡利不相容原理”却是因为系统采用了多维数组……

更关键的是,就算以我们人类现有的“原始科技”,都可以通过VR(Virtual Reality 虚拟现实)技术实现虚拟世界的部分功能。这也意味着,从技术层面上来讲,“虚拟世界”理论是完全行得通的。

因此,笔者认为,科学家提出的这个理论可以帮助我们找到答案。

我们所处的宇宙,其实是一个超级程序模拟出来的,我们所感知到的一切,都来自于这个程序操作的数据,而这些数据的总量必定是有限的,也就是说,我们所处的宇宙是有限的。

虽然我们所处的宇宙是有限的,但是由于程序的数据量非常大,而且程序会根据我们的行动,来操作这些数据虚拟出不同的场景,所以对于我们来讲,它又可以说是无穷大的。

很显然,这个“无穷大”的概念就是我们可以理解的了。

不过我们似乎又遇到了新的问题,那就是运行这个程序的“真实世界”是什么样子?

对于这个问题,笔者认为,“真实世界”拥有与我们所处宇宙完全不同的规律,我们这些虚拟世界的“NPC”是绝对无法想象出“真实世界”是什么样子的。但是可以确定的是,在“真实世界”的规律里,是不会存在本文开头提到的那个悖论的。


回答完毕,欢迎大家关注我们,我们下次再见`


魅力科学君


宇宙到底有多大?不好说,说不好!因为,科学技术有限,理解宇宙也有限。简单的谈论宇宙到底有多大,并没有多大的意义。按照宇宙膨胀与坍缩论,她是持续膨胀变大或偶尔缩小。科学家为了方便探索宇宙,认识宇宙,弄清楚宇宙的距离,以光速(光年)来定义宇宙的广度。根据目前人类科学技术打造而成的光学天文望远镜,最远可以看到二千多亿光年的距离。而射电望远镜可以听到几万光年的宇宙信息,这就是目前人类认识宇宙的极限。但是,宇宙到底有多大,截止到现在,还是非常的糊涂。

据天文科学家通过光速计算获得的宇宙年龄约为137亿年,而在2008年2月,美国NASA宣称通过哈勃光学天文望远镜发现2400亿光年的星系,那么这个光跑到哈勃望远镜花费了2400亿年。如果NASA的发现属实,就存在一个矛盾。宇宙年龄137亿年,而这颗星系已经在2400亿年之前就存在。那么,先有星系?还是先有宇宙?通过这个对比,我们至少可以知道,两者答案要么有一个是错误,要么全错。

宇宙,犹如一个气球,有人在吹气,不断持续膨胀与扩大。正如古人所说,宇为空间,宙为时间。以时间与空间构造起来的宇宙,没有谁能够具体说清楚她到底有多大。有些人好奇的问,宇宙外面又是什么? 其实,这一切离我们太过于遥远。将宇宙理解为空间即可,一个可以容下可容得下的星球空间。至于是否存在边际,那是未来科学家需要论证的事情。


汽航岛


天文爱好者张家小智儿来简单谈一下个人的看法。

关于宇宙到底有没有边界这个问题,我们首先得明白宇宙的准确定义。如果宇宙是一切物质、非物质、时间、空间等所有存在的总称,那毫无疑问,宇宙应该是无边无际的。因为在这样的前提下,如果宇宙有边界,那一定会有人问宇宙的外面是什么。不管这个边界的外面有没有东西,有什么东西,那它也都是这个定义下的宇宙的一部分。这只是单纯从逻辑上得出的一个结论,实际意义并不是很大。

如果这个定义是指“可观测宇宙”,那它虽然很大很大,但也是有边界的。我们所熟知的“宇宙大爆炸”理论以及稍后一点的“暴涨理论”都认为宇宙是从一个奇点爆炸而来,并且现在仍然在不断地膨胀。宇宙的年龄大概有138亿年,这是通过各种观测结果和计算方法得出的一个准确性很高的值。这样来说可观测宇宙的大小应该是一个以地球为中心,半径138亿光年的球。不过由于宇宙空间本身的膨胀,这个数值实际上应该为465亿光年左右。

相信绝大部分人都没有办法接受这个情况。没有关系,我们来想象一下。假如有一根刻着刻度的皮筋在不断被拉长,一只虫子从一个刻度爬向另一个刻度,它可能认为自己只爬了一个刻度,但实际上算上皮筋的拉伸,它走了不止一个刻度那么远。宇宙本身可能也在发生着和皮筋类似的情况。这样一想,是不是感觉心里明白了许多?

因此,如果宇宙的定义是指可观测宇宙,那我们可以有一个相对而言比较准确的数值,那就是直径930亿光年。当然了,在这个边界之外很可能和我们“附近”的宇宙环境类似,但这些都不重要了,因为那里的光还没有传到我们的眼中,那里的一切都和我们没有关系。

这个问题仁者见仁智者见智,以上只是个人观点。如有批评建议,欢迎留言交流沟通。

新手上路,给个关注呗~


张家小智儿


妈咪叔来回答一下这个问题。

宇宙是否有边界这个问题困惑了人类数千年,一度认为是哲学问题。公元前6世纪,塔兰托的毕达哥拉斯学派哲学家阿尔库塔斯写道:

“如果我发现自己身处最遥远的天空,那里有不变的星辰,那么我能否伸展手臂或伸出一根手杖,抵达天空以外呢?如果做不到的话是很荒谬的;但如果做得到,那么外面就存在,要么是物质,要么是空间。以这种方式人可以抵达更远,直到尽头,反复问着同样的问题,是否总会有空间可以伸展手杖。”然而无限空间于宇宙存在固定边界二者看起来都是很荒谬的。爱因斯坦在发表广义相对论之后似乎找到了第三种解释:

宇宙可以是有限的,但同时没有边界。

乍一听,What?有限无界?没有学过广义相对论的我们该如何理解呢?


举个例子,我们生活在地球的表面,地球的大小是有限的,但是你能找到地球表面的边界吗?如果你按照一个方向一直走下去,就会回到原来的位置。因此地球表面也是没有边界的,这要看我们如何去定义。

宇宙的构造和地球表面差不多,如果我们乘坐宇宙飞船沿着直线飞行,在宏观视角看来,我们会环绕宇宙一圈,最终返回原点。(但自己却认为是一直向前走的,这与在地球表面行走一样)。像这样有限但无边界的三维空间,称作三维球面。

要想理解三维球面并不是很容易,如果你对高等数学有一定研究的话,实际上球面是在R^3中由方程x^2 + y^2 + z^2 = 1确定的一系列点。而三维球面就是在R^4中由方程x^2 + y^2 + z^2 + u^2 = 1 确定的一系列点。具体形状没法画出来,因为涉及到第四个纬度。

但我们可以尝试这样想象一下。我们先从普通的球面开始。把地球任意分割一半,然后压扁,就像下图。

南半球的居民在某种意义上被北半球“包围”,因为无论他想从哪个方向离开他所在的半球,最终都会到达另一个半球。也就是说无论我们如何分割,结果都一样:每个半球都包围另一个半球,也被另一个半球包围着。

三维球面也可以用类似的方式来表达,但要附加一个维度:两个球表面完全粘合在一起。(请打开脑洞)离开一个球面,就会到达另外一个球面。这就是三维球面。因为球体的大小是有限的,但是却没有边界,所以说宇宙是有限但无界的。

妈咪叔专注趣味物理科普,理性分析。


妈咪说MommyTalk


这个问题我感觉好像回答过

仰望群星璀璨的夜空,我们就足以感受到宇宙的神秘,就连天文学家对宇宙的了解也非常有限,因为我们现有的探测手段对于浩瀚无穷的宇宙来说,仍然显得较为落后。我们现在认识的宇宙仅仅是我们可以观测到的部分,而目前观测不到的领域只能借助理论模型来加以猜测

古代,人们把空间称为“宇”,把时间称为“宙”,因此我们可以说宇宙是空间和时间的总和。而现代的天文探测表明,宇宙是由各种形态的物资构成的,是在不断的运动变化的。关于宇宙,科学家给出的定义是:由空间,时间,物质和能量所构成的统一体,是一切空间和时间的总和。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统,包括其间的所有物质,能量和事件。根据宇宙大爆炸模型推算 宇宙年龄大约为200亿年。也就是说,宇宙大爆炸之后,又过了两百亿年,才演化成今天的样子

宇宙有多大?现在我们能观测到的宇宙范围约140亿光年远,这意味着宇宙的尽头的一个天体所发出的光和电波要经过140亿光年才能到达地球。因此,我们所看到的其实是宇宙140亿年前的样子。它现在又是什么样子?我们再过140亿光年才知道。宇宙是怎样诞生的?又是怎样演变成现在这个样子的?。。。。。。这些问题一直困扰着人们,或许,宇宙远比我们想象的要奇特的多,它以其神秘性和广阔性吸引着我们不断去探索发现











北斗小老弟


宇宙浩渺,永远吸引无数躁动的心。探寻宇宙,成为永恒的热门话题。

宇宙太大,无论现在有什么,今后能有什么,都无法探测到底,自然种种疑团。于是,各种各种的猜想喷涌而出,更让人难以辨识。盲人摸象,抓到一点,感受一下,也是好的。

然而,人心自有一杆秤,那就是战无不胜,攻无不克的辩证唯物主义,现在,一试高下的时候到了!

无论大小,所有物质,内外并存,然而宇宙例外,有内无外。宇宙是所有物质的总称,如果有外,外面还是物质吗?显然不会了,那就是唯心主义!没有外部,宇宙注定了只能孤独的转过不停。

宇宙唯一的伴侣是时间。事物发展有时间,时刻的记录,然而宇宙发展,只有时间,没有时刻。若有时刻,必然有参照物,有时间起点,一旦跌入这个陷阱,起点之前,只能是神站在那里,向我们招手呢!

事物有始有终,生物有生有死,然而宇宙无穷,既没有生,所以不知其年龄;更不可能有死。信徒期望升天,只有宇宙,明显来世,所以从来没有期望,不能转世再投生。

物体有轮廓,有边界。国家的边界,总是如临大敌。那么,宇宙的边界在哪里?没有的!没有边界和轮廓,这样的物体,似乎如太岁,无头脸无手足,一团肉,想想都头皮发麻啊。

事物发展的动力,既有外因,也有内因。然而,宇宙的发展,只有内因,绝无外因。只能靠你自己了,加油吧!


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