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[转帖]最新研究表明:宇宙很可能是封闭的
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lpzzr 于 2019-11-08 14:12:18 发布在 凯迪社区 > 文化散论
最新研究表明:宇宙很可能是封闭的,往一个方向行进将回到
艾伯史密斯

    普朗克宇宙辐射探测器最新的观测数据表明:我们宇宙很可能是封闭的,而非之前认为的平坦,如果朝着一个方向行进,我们最终将会从反方向回到原点。人类对宇宙的探索一直没有停止过,从最初的地平说、地心说、日心说、再到宇宙岛说,我们似乎离真相越来越近,但似乎又永远没有终点。

    

    好在科学技术的飞速发展,人类发射了很多太空探测器用于宇宙研究,比如著名的哈勃太空望远镜就是代表之一;在2009年,欧洲发射了一颗特殊的探测器——普朗克宇宙辐射探测器,它的主要任务是对宇宙大爆炸遗留下来的背景辐射进行观测,比如著名的宇宙微波背景辐射图,就是依据它的观测数据绘制的。

    

    根据宇宙大爆炸理论,我们宇宙诞生于138亿年前,由于宇宙年龄有限,导致过于遥远的天体发出的光线还没有足够时间到达地球,目前人类能观测到的范围叫做可观测宇宙,直径大约930亿光年。

    

    宇宙大爆炸理论是当前描述宇宙的最佳理论,与许多天文观测相符合,但是宇宙大爆炸理论无法准确告诉我们宇宙的真实形状是怎么样的,广义相对论是现代宇宙学的理论基础,根据广义相对论的描述,我们宇宙可能存在三种形状,这取决于宇宙内物质的平均密度Ω,假设临界值为1。

    (1)当Ω1时,宇宙空间是开放的,数学上对应罗巴切夫斯基几何。

    (2)当Ω=1时,宇宙空间是平坦的,数学上对应欧几里得几何。

    (3)当Ω1时,宇宙空间是封闭的,数学上对应黎曼几何。

    

    欧氏几何是我们最熟悉的,就是一个无限伸展的平面,平面内两条平行线将永远保持平行,或者说过直线外一点我们能且只能做一条平行线,这是由欧几里得第五公设决定的;第五公设在数学历史上争论了两千多年,因为第五公设看起来不像公理,无数的数学家试图用前面四个公理来证明第五公设,但是都失败了。

    直到19世纪,德国数学家黎曼和俄国数学家罗巴切夫斯基,分别从第五公设的两个反面出发,建立了全新的非欧几何,这也是广义相对论的数学基础。

    

    与欧式几何不同的是,在罗巴切夫斯基几何中,过直线外一点我们能做两条或者两条以上的平行线,而在黎曼几何中,我们过直线外一点找不到任何一条平行线。

    利用这个原理,我们可以用来研究宇宙的形状,因为:

    

    (1)如果宇宙是平坦的,遥远星系发出的平行光线将始终保持平行,星系的形状将显示真实大小。

    (2)如果宇宙是开放的,遥远星系发出的平行光线将逐渐远离,星系看起来要比实际小。

    (3)如果宇宙是封闭的,遥远星系发出的光线将趋近于靠拢,星系看起来要比实际大。

    普朗克宇宙辐射探测器并不是观测星系,而是通过研究宇宙微波背景内的波动,来研究宇宙的形状,因为宇宙微波背景是宇宙大爆炸时遗留的,也是宇宙中最久远的光,它的波动反映了宇宙中暗物质和暗能量的总量。

    观测数据表明,宇宙微波背景的波动值大于预期,确定性有99%,也就是说我们宇宙很可能是封闭的,而非之前认为的平坦,但这只是单一方面的证据,要想确定宇宙的真实形状,还需要充实多方面的证据才行。如果我们宇宙真是封闭的,那么就可以用黎曼几何来描述,最简单的黎曼几何图形就是球面,在球面上,无论我们朝着哪个方向行进,最终都会从反方向回到原地;封闭宇宙也是一样的,如果我们以足够快的速度朝着某个方向行进,那么终究会回到原地。

    

    封闭宇宙还具有如下两个特点:

    (1)宇宙空间的整体大小是有限的。

    (2)宇宙空间内没有边界。

    这完全符合天文观测,也与宇宙大爆炸理论相容,虽然封闭宇宙的大小是有限的,但是这个有限值在增加,也许我们可观测宇宙只是整个宇宙中微不足道的一部分;甚至可能实际宇宙比我们现在认为的可观测宇宙小,比如遥远星系发出的光线已经绕着封闭宇宙走了好几圈,但是我们无法分辨哪些星系是不同时期的同一个星系,然后被我们误认为是不同距离上的不同星系,这一切,都有待科学家的进一步研究。

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