03.02 宇宙真的是無邊無際嗎?

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宇宙到底是什麼?

要搞清楚這個問題,我們就得先搞清楚“宇宙”到底指的是什麼?

話說,中國的古人就對宇宙有明確的定義,其中《淮南子》就記載這:

往古來今謂之宙,四方上下謂之宇。

說的就是宇宙是空間和時間的集合。而如今,宇宙的定義也隨著人類認知的一步步提升而發生變化。現在我們對於宇宙的定義已經變成了:所有的時間、空間、物質和事件的集合

所以,關於宇宙相關的一些問題,我們不能光從現在宇宙狀態看待,或者說用一個動態的眼光來看待這個問題。

宇宙有多大?

如果從這個角度入手,我們就會發現“宇宙有多大?”其實也是一個“動態”的問題,而不是一個“靜止”的問題。這個問題其實和宇宙本身的性質有關。

自從宇宙大爆炸以來,宇宙空間就開始膨脹,經過一輪大暴脹之後,開始減速膨脹,這其實就和宇宙中物質的引力有關。

在宇宙中,物質之間是有引力的,這會使得物質向內聚合,同時也在作用於宇宙空間向內聚合。所以,宇宙的空間會受到一個引力的作用,這由宇宙內部的物質所決定。這裡要強調的是,宇宙中的物質不只有可見的物質,還有我們觀測不到的暗物質,它們的總量遠大於可見物質的總量,同時也提供了引力。星系之所以可以聚合在一起,暗物質起到了關鍵作用。

其次,宇宙同時還會受到排斥力的作用,而促使宇宙向外排斥的是:

真空能,我們管這個叫做暗能量。而這個排斥力的大小和宇宙本身的大小有關。

除了“引力”和“排斥力”,其實還和宇宙本身的形狀有關,如果宇宙是類球面型的,那麼宇宙就可能是有邊界的,而如果宇宙是馬鞍形或者平坦的,那宇宙就有可能是無限大的。

那宇宙到底是引力主導還是斥力主導?是平坦的還是馬鞍形的還是球面的?這個問題,可以通過

宇宙微波背景輻射來確定。

所謂的宇宙微波背景輻射,其實就是宇宙大爆炸38萬年後,光子獲得自由,開始在宇宙中穿行,這一穿行就是138億年,這些光子成為了宇宙的背景,遍佈全天。而宇宙中從宇宙大爆炸38萬年後至今的各種變化,其實都以儲存在宇宙微波背景輻射當中。如果我們可以找到宇宙背景輻射,並且能儘可能地精準的探測到,那就可以獲得宇宙過去、現在和未來的相信信息。

科學家也用各種儀器去探測宇宙微波背景輻射,並且一步步迭代觀測技術,如今最新的宇宙微波背景輻射來自於普朗克衛星。

通過宇宙微波背景輻射,我們可以得到宇宙的物質密度,哈勃常數,宇宙是不是平坦的,宇宙年齡以及宇宙的物質比例等信息,所以宇宙微波背景輻射堪稱是天文學家手中的武功秘籍。

其中通過普朗克衛星發回來的宇宙微波背景輻射來看,宇宙在千分之六的精度上是平坦的。這就意味著現在的宇宙很有可能是無限大的。

其次,通過測到的物質密度和哈勃常數,結合宇宙學理論,我們可以得到宇宙的物質佔比。

如今我們知道暗能量在距今45億年前開始佔據了宇宙的主導,宇宙開始加速膨脹,而在此之前是引力佔了主導。因此,宇宙大爆炸之後,宇宙是先進行減速膨脹,然後開始加速膨脹。

同時我們可以得到的是宇宙如今的密度佔比,同時還知道了宇宙的密度略低於臨界密度,這就意味著,宇宙的未來很有可能是一個開宇宙,宇宙將會一直膨脹下去。

因此,我們大概可以得到這樣的結論,宇宙是一個無限大的宇宙,並且它還會繼續膨脹下去,而宇宙的未來如果任何因素趨勢其物質佔比發生逆轉的話,很有可能在暗能量趨勢下,繼續加速膨脹,極有可能是大撕裂或者熱寂。

所以,如今的宇宙是無限大的,而且未來也很有可能是維持無限大的狀態。


鍾銘聊科學


對人類來說,宇宙是無窮大的。


宇宙自138億年前的奇點大爆炸後,在超光速膨脹過程中,已有930億光年可觀測直徑。這麼浩瀚的空間在渺小的人類眼裡無異於大到無窮,因為我們目前的科技水平永遠都出不去。


眾所周知,我們都生活在地球上,地球的直徑有12756km,人的身高也就1.68m左右,相對地球來說簡直就是長江裡的一粒沙子。不過美國的BFR星際火箭能在1小時內繞地球一圈。


地球又是位於直徑約有4光年的太陽系內,約有190億km,這樣的區域在人類來說只能竭盡所能。然而1977年發射的旅行者一號飛了40多年,現在還在日球層頂,預計2022年才能飛出太陽系,飛向銀河系深處。


太陽系又是位於直徑約20萬光年的銀河系的獵戶座旋臂上,銀河系對於現今的人類來說更是大不可及,人類在廣闊的銀河系面前是鞭長莫及。因為人類文明現在還沒有任何飛行器去深入一探其究竟,大概也要等旅行者一號在2022年的好消息了。

銀河系位於930億光年的宇宙,現今的人類是望洋興嘆!因為目前的人類科技永遠無法企及的範圍。


弄潮科學


這個問題現階段是不會有確定答案的~只能是猜測,因為人類連太陽系都很難出去,更別說跑到宇宙邊緣驗證一下了。

然而雖受制於太陽系,人類的思想卻已天馬行空,在宇宙空間翱翔!

天馬的解釋:我們所處宇宙就像一個雞蛋一樣,地球就呆在雞蛋內部的某片區域。除了我們的雞蛋外,還有無數個我們的兄弟姐妹,我們可以穿破蛋殼去別的宇宙。

行空的解釋:宇宙可以類比為地球表面。我們從地球表面的某個地方出發,一直沿著同一個方向走下去,最終走過一個大大的圓圈,回到出發的地方。你走過的路程正好是地球軌道長度。因為我們是三維生物,能輕鬆地理解為什麼不回頭一直走下去就可以回到原來的位置。

類比宇宙,也許我們開著飛船一直走也可以週而復始地回到原點,但是從三維的角度就是理解不了,為什麼在宇宙中一直航行就可以回到出發點呢?因為你低維生物就是理解不了高維的現象。


機械系劉同學




比如我們人類所在的地球,實際上是一顆行星,在自傳的同時又圍繞太陽轉,太陽是恆星,它自身會發光發亮。凡是宇宙中自身會發光亮的星球都是恆星,圍繞恆星轉的就是行星,太陽系裡有九大行星:金、木、水、火、土、地球、天王星、海王星和冥王星。圍繞行星轉的就是衛星,比如月亮是圍繞地球轉的一顆衛星。



太陽系在銀河系裡只是一個小星系,銀河系大約有3000億顆像太陽一樣的恆星。太陽系在銀河系裡是滄海一粟,而銀河系在整個宇宙中又是滄海一粟。整個宇宙由無數個像銀河系一樣的星系組成。宇宙裡的星系按一定的軌道運行著。

宇宙沒有邊際才能解釋得通,如果說宇宙有邊際,它的邊是什麼組成的?邊的外面又是什麼?這就無法解釋。人類對宇宙的認識永遠不能窮盡。


醬香久久13970763197


我們之所以認為宇宙是無窮大的,歸根結底,其原因是來自於一個悖論,即:任何一片區域都應該會有一個盡頭,而任何一片區域的盡頭之外都應該有另一片區域存在。

宇宙的盡頭是什麼?如果宇宙真有盡頭,那麼在宇宙盡頭之外又是什麼?宇宙盡頭之外的盡頭之外又是什麼?這是一個終極的問題,也是一個死循環,窮盡我們的想象,也無法給出完美的答案,於是我們只有非常不甘心地認為,宇宙是無窮大的。

那麼,這個問題真的就是無解的了嗎?其實並不是,只要跳出了常規的思維,我們就可以找到這個問題的答案。

近些年來,隨著計算機技術的高速發展,有科學家提出了“我們所處的世界是虛擬的”這種理論,目前已有不少的科學家都對這種理論表示了支持,其中科技狂人埃隆.馬斯克(Elon Musk)更是公開宣稱這種可能性高達99%以上。

我們可以看出,這種理論可以簡單又完美地解釋我們遇到的所有難題,比如說宇宙起源、生命起源、時間起源……等等等等。

這種理論並非胡思亂想,它可以根據現有的現象推測出來。假設世界就是一個超級程序虛擬的,這個程序必定是運行在一臺“電腦”上的,那麼光速就是這臺“電腦”的速度極限、普朗克常量是精度極限、基本粒子是“像素”……

從微觀世界來看,基本粒子的“量子疊加態”是程序為節約系統資源,而有意做的模糊化處理,“量子糾纏態”是程序引用了同一個對象的兩個指針,而“泡利不相容原理”卻是因為系統採用了多維數組……

更關鍵的是,就算以我們人類現有的“原始科技”,都可以通過VR(Virtual Reality 虛擬現實)技術實現虛擬世界的部分功能。這也意味著,從技術層面上來講,“虛擬世界”理論是完全行得通的。

因此,筆者認為,科學家提出的這個理論可以幫助我們找到答案。

我們所處的宇宙,其實是一個超級程序模擬出來的,我們所感知到的一切,都來自於這個程序操作的數據,而這些數據的總量必定是有限的,也就是說,我們所處的宇宙是有限的。

雖然我們所處的宇宙是有限的,但是由於程序的數據量非常大,而且程序會根據我們的行動,來操作這些數據虛擬出不同的場景,所以對於我們來講,它又可以說是無窮大的。

很顯然,這個“無窮大”的概念就是我們可以理解的了。

不過我們似乎又遇到了新的問題,那就是運行這個程序的“真實世界”是什麼樣子?

對於這個問題,筆者認為,“真實世界”擁有與我們所處宇宙完全不同的規律,我們這些虛擬世界的“NPC”是絕對無法想象出“真實世界”是什麼樣子的。但是可以確定的是,在“真實世界”的規律裡,是不會存在本文開頭提到的那個悖論的。


回答完畢,歡迎大家關注我們,我們下次再見`


魅力科學君


宇宙到底有多大?不好說,說不好!因為,科學技術有限,理解宇宙也有限。簡單的談論宇宙到底有多大,並沒有多大的意義。按照宇宙膨脹與坍縮論,她是持續膨脹變大或偶爾縮小。科學家為了方便探索宇宙,認識宇宙,弄清楚宇宙的距離,以光速(光年)來定義宇宙的廣度。根據目前人類科學技術打造而成的光學天文望遠鏡,最遠可以看到二千多億光年的距離。而射電望遠鏡可以聽到幾萬光年的宇宙信息,這就是目前人類認識宇宙的極限。但是,宇宙到底有多大,截止到現在,還是非常的糊塗。

據天文科學家通過光速計算獲得的宇宙年齡約為137億年,而在2008年2月,美國NASA宣稱通過哈勃光學天文望遠鏡發現2400億光年的星系,那麼這個光跑到哈勃望遠鏡花費了2400億年。如果NASA的發現屬實,就存在一個矛盾。宇宙年齡137億年,而這顆星系已經在2400億年之前就存在。那麼,先有星系?還是先有宇宙?通過這個對比,我們至少可以知道,兩者答案要麼有一個是錯誤,要麼全錯。

宇宙,猶如一個氣球,有人在吹氣,不斷持續膨脹與擴大。正如古人所說,宇為空間,宙為時間。以時間與空間構造起來的宇宙,沒有誰能夠具體說清楚她到底有多大。有些人好奇的問,宇宙外面又是什麼? 其實,這一切離我們太過於遙遠。將宇宙理解為空間即可,一個可以容下可容得下的星球空間。至於是否存在邊際,那是未來科學家需要論證的事情。


汽航島


天文愛好者張家小智兒來簡單談一下個人的看法。

關於宇宙到底有沒有邊界這個問題,我們首先得明白宇宙的準確定義。如果宇宙是一切物質、非物質、時間、空間等所有存在的總稱,那毫無疑問,宇宙應該是無邊無際的。因為在這樣的前提下,如果宇宙有邊界,那一定會有人問宇宙的外面是什麼。不管這個邊界的外面有沒有東西,有什麼東西,那它也都是這個定義下的宇宙的一部分。這只是單純從邏輯上得出的一個結論,實際意義並不是很大。

如果這個定義是指“可觀測宇宙”,那它雖然很大很大,但也是有邊界的。我們所熟知的“宇宙大爆炸”理論以及稍後一點的“暴漲理論”都認為宇宙是從一個奇點爆炸而來,並且現在仍然在不斷地膨脹。宇宙的年齡大概有138億年,這是通過各種觀測結果和計算方法得出的一個準確性很高的值。這樣來說可觀測宇宙的大小應該是一個以地球為中心,半徑138億光年的球。不過由於宇宙空間本身的膨脹,這個數值實際上應該為465億光年左右。

相信絕大部分人都沒有辦法接受這個情況。沒有關係,我們來想象一下。假如有一根刻著刻度的皮筋在不斷被拉長,一隻蟲子從一個刻度爬向另一個刻度,它可能認為自己只爬了一個刻度,但實際上算上皮筋的拉伸,它走了不止一個刻度那麼遠。宇宙本身可能也在發生著和皮筋類似的情況。這樣一想,是不是感覺心裡明白了許多?

因此,如果宇宙的定義是指可觀測宇宙,那我們可以有一個相對而言比較準確的數值,那就是直徑930億光年。當然了,在這個邊界之外很可能和我們“附近”的宇宙環境類似,但這些都不重要了,因為那裡的光還沒有傳到我們的眼中,那裡的一切都和我們沒有關係。

這個問題仁者見仁智者見智,以上只是個人觀點。如有批評建議,歡迎留言交流溝通。

新手上路,給個關注唄~


張家小智兒


媽咪叔來回答一下這個問題。

宇宙是否有邊界這個問題困惑了人類數千年,一度認為是哲學問題。公元前6世紀,塔蘭託的畢達哥拉斯學派哲學家阿爾庫塔斯寫道:

“如果我發現自己身處最遙遠的天空,那裡有不變的星辰,那麼我能否伸展手臂或伸出一根手杖,抵達天空以外呢?如果做不到的話是很荒謬的;但如果做得到,那麼外面就存在,要麼是物質,要麼是空間。以這種方式人可以抵達更遠,直到盡頭,反覆問著同樣的問題,是否總會有空間可以伸展手杖。”然而無限空間於宇宙存在固定邊界二者看起來都是很荒謬的。愛因斯坦在發表廣義相對論之後似乎找到了第三種解釋:

宇宙可以是有限的,但同時沒有邊界。

乍一聽,What?有限無界?沒有學過廣義相對論的我們該如何理解呢?


舉個例子,我們生活在地球的表面,地球的大小是有限的,但是你能找到地球表面的邊界嗎?如果你按照一個方向一直走下去,就會回到原來的位置。因此地球表面也是沒有邊界的,這要看我們如何去定義。

宇宙的構造和地球表面差不多,如果我們乘坐宇宙飛船沿著直線飛行,在宏觀視角看來,我們會環繞宇宙一圈,最終返回原點。(但自己卻認為是一直向前走的,這與在地球表面行走一樣)。像這樣有限但無邊界的三維空間,稱作三維球面。

要想理解三維球面並不是很容易,如果你對高等數學有一定研究的話,實際上球面是在R^3中由方程x^2 + y^2 + z^2 = 1確定的一系列點。而三維球面就是在R^4中由方程x^2 + y^2 + z^2 + u^2 = 1 確定的一系列點。具體形狀沒法畫出來,因為涉及到第四個緯度。

但我們可以嘗試這樣想象一下。我們先從普通的球面開始。把地球任意分割一半,然後壓扁,就像下圖。

南半球的居民在某種意義上被北半球“包圍”,因為無論他想從哪個方向離開他所在的半球,最終都會到達另一個半球。也就是說無論我們如何分割,結果都一樣:每個半球都包圍另一個半球,也被另一個半球包圍著。

三維球面也可以用類似的方式來表達,但要附加一個維度:兩個球表面完全粘合在一起。(請打開腦洞)離開一個球面,就會到達另外一個球面。這就是三維球面。因為球體的大小是有限的,但是卻沒有邊界,所以說宇宙是有限但無界的。

媽咪叔專注趣味物理科普,理性分析。


媽咪說MommyTalk


這個問題我感覺好像回答過

仰望群星璀璨的夜空,我們就足以感受到宇宙的神秘,就連天文學家對宇宙的瞭解也非常有限,因為我們現有的探測手段對於浩瀚無窮的宇宙來說,仍然顯得較為落後。我們現在認識的宇宙僅僅是我們可以觀測到的部分,而目前觀測不到的領域只能藉助理論模型來加以猜測

古代,人們把空間稱為“宇”,把時間稱為“宙”,因此我們可以說宇宙是空間和時間的總和。而現代的天文探測表明,宇宙是由各種形態的物資構成的,是在不斷的運動變化的。關於宇宙,科學家給出的定義是:由空間,時間,物質和能量所構成的統一體,是一切空間和時間的總和。一般理解的宇宙指我們所存在的一個時空連續系統,包括其間的所有物質,能量和事件。根據宇宙大爆炸模型推算 宇宙年齡大約為200億年。也就是說,宇宙大爆炸之後,又過了兩百億年,才演化成今天的樣子

宇宙有多大?現在我們能觀測到的宇宙範圍約140億光年遠,這意味著宇宙的盡頭的一個天體所發出的光和電波要經過140億光年才能到達地球。因此,我們所看到的其實是宇宙140億年前的樣子。它現在又是什麼樣子?我們再過140億光年才知道。宇宙是怎樣誕生的?又是怎樣演變成現在這個樣子的?。。。。。。這些問題一直困擾著人們,或許,宇宙遠比我們想象的要奇特的多,它以其神秘性和廣闊性吸引著我們不斷去探索發現











北斗小老弟


宇宙浩渺,永遠吸引無數躁動的心。探尋宇宙,成為永恆的熱門話題。

宇宙太大,無論現在有什麼,今後能有什麼,都無法探測到底,自然種種疑團。於是,各種各種的猜想噴湧而出,更讓人難以辨識。盲人摸象,抓到一點,感受一下,也是好的。

然而,人心自有一杆秤,那就是戰無不勝,攻無不克的辯證唯物主義,現在,一試高下的時候到了!

無論大小,所有物質,內外並存,然而宇宙例外,有內無外。宇宙是所有物質的總稱,如果有外,外面還是物質嗎?顯然不會了,那就是唯心主義!沒有外部,宇宙註定了只能孤獨的轉過不停。

宇宙唯一的伴侶是時間。事物發展有時間,時刻的記錄,然而宇宙發展,只有時間,沒有時刻。若有時刻,必然有參照物,有時間起點,一旦跌入這個陷阱,起點之前,只能是神站在那裡,向我們招手呢!

事物有始有終,生物有生有死,然而宇宙無窮,既沒有生,所以不知其年齡;更不可能有死。信徒期望昇天,只有宇宙,明顯來世,所以從來沒有期望,不能轉世再投生。

物體有輪廓,有邊界。國家的邊界,總是如臨大敵。那麼,宇宙的邊界在哪裡?沒有的!沒有邊界和輪廓,這樣的物體,似乎如太歲,無頭臉無手足,一團肉,想想都頭皮發麻啊。

事物發展的動力,既有外因,也有內因。然而,宇宙的發展,只有內因,絕無外因。只能靠你自己了,加油吧!


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