宇宙是啥样

宇宙是啥样
宇宙是啥样

宇宙是啥样
1917年,爱因斯坦发表了著名的“广义相对论”,为我们研究大尺度、大质量的宇宙提供了比牛顿“万有引力定律”更先进的武器.应用后,科学家解决了恒星一生的演化问题.而宇宙是否是静止的呢?对这一问题,连爱因斯坦也犯了一个大错误.他认为宇宙是静止的,然而1929年美国天文学家哈勃以不可辩驳的实验,证明了宇宙不是静止的,而是向外膨胀的.正像我们吹一只大气球一样,恒星都在离我们远去.离我们越远的恒星,远离我们的速度也就越快.可以推想：如果存在这样的恒星,它离我们足够远以至于它离开我们的速度达到光速的时候,它发出的光就永远也不可能到达我们的地球了.从这个意义上讲,我们可 以认为它是不存在的.因此,我们可以认为宇宙是有限的.
“宇宙到底是什么样子?”目前尚无定论.值得一提的是史蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受：宇宙有限而***,只不过比地球多了几维.比如,我们的地球就是有限而***的.在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的.实际上,我们都知道地球是有限的.地球如此,宇宙亦是如此.
怎么理解宇宙比地球多了几维呢?举个例子：一个小球沿地面滚动并掉进了一个小洞中,在我们看来,小球是存在的,它还在洞里面,因为我们人类是“三维”的；而对于一个动物来说,它得出的结论就会是：小球已经不存在了!它消失了.为什么会得出这样的结论呢?因为它生活在“二维”世界里,对“三维”事件是无法清楚理解的.同样的道理,我们人类生活在“三维”世界里,对于比我们多几维的宇宙,也是很难理解清楚的.这也正是对于“宇宙是什么样子”这个问题无法解释清楚的原因.
1、均匀的宇宙
长期以来,人们相信地球是宇宙的中心.哥白尼把这个观点颠倒了过来,他认为太阳才是宇宙的中心.地球和其他行星都围绕着太阳转动,恒星则镶嵌在天球的最外层上.布鲁诺进一步认为,宇宙没有中心,恒星都是遥远的太阳.
无论是托勒密的地心说还是哥白尼的日心说,都认为宇宙是有限的.教会支持宇宙有限的论点.但是,布鲁诺居然敢说宇宙．是无限的,从而挑起了宇宙究竟有限还是无限的长期论战.这场论战并没有因为教会烧死布鲁诺而停止下来.主张宇宙有限的人说：“宇宙怎么可能是无限的呢?”这个问题确实不容易说清楚.主张宇宙无限的人则反问：“宇宙怎么可能是有限的呢?”这个问题同样也不好回答.
随着天文观测技术的发展,人们看到,确实像布鲁诺所说的那样,恒星是遥远的太阳.人们还进一步认识到,银河是由无数个太阳系组成的大星系,我们的太阳系处在银河系的边缘,围绕着银河系的中心旋转,转速大约每秒250千米,围绕银心转一圈约需2.5亿年.太阳系的直径充其量约1光年,而银河系的直径则高达10万光年.银河系由1000多亿颗恒星组成,太阳系在银河系中的地位,真像一粒砂子处在北京城中.后来又发现,我们的银河系还与其他银河系组成更大的星系团,星系团的直径约为107光年(1000万光年).目前,望远镜观测距离已达100亿光年以上,在所见的范围内,有无数的星系团存在,这些星系团不再组成更大的团,而是均匀各向同性地分布着.这就是说,在10的7次方光年的尺度以下,物质是成团分布的.卫星绕着行星转动,行星、彗星则绕着恒星转动,形成一个个太阳系.这些太阳系分别由一个、两个、三个或更多个太阳以及它们的行星组成.有两个太阳的称为双星系,有三个以上太阳的称为聚星系.成千亿个太阳系聚集在一起,形成银河系,组成银河系的恒星(太阳系)都围绕着共同的重心——银心转动.无数的银河系组成星系团,团中的各银河系同样也围绕它们共同的重心转动.但是,星系团之间,不再有成团结构.各个星系团均匀地分布着,无规则地运动着.从我们地球上往四面八方看,情况都差不多.粗略地说,星系固有点像容器中的气体分子,均匀分布着,做着无规则运动.这就是说,在10的8次方光年(一亿光年)的尺度以上,宇宙中物质的分布不再是成团的,而是均匀分布的.由于光的传播需要时间,我们看到的距离我们一亿光年的星系,实际上是那个星系一亿年以前的样子.所以,我们用望远镜看到的,不仅是空间距离遥远的星系,而且是它们的过去.从望远镜看来,不管多远距离的星系团,都均匀各向同性地分布着.
因而我们可以认为,宇观尺度上(10的5次方光年以上)物质分布的均匀状态,不是现在才有的,而是早已如此.
于是,天体物理学家提出一条规律,即所谓宇宙学原理.这条原理说,在宇观尺度上,三维空间在任何时刻都是均匀各向同性的.现在看来,宇宙学原理是对的.所有的星系都差不多,都有相似的演化历程.因此我们用望远镜看到的遥远星系,既是它们过去的形象,也是我们星系过去的形象.望远镜不仅在看空间,而且在看时间,在看我们的历史.
2、有限而无边的宇宙
爱因斯坦发表广义相对论后,考虑到万有引力比电磁力弱得多,不可能在分子、原子、原子核等研究中产生重要的影响,因而他把注意力放在了天体物理上.他认为,宇宙才是