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你知道宇宙有那些未解之谜吗?从最小的微观粒子到跨越数十亿光年的庞大宇宙结构,人类对宇宙依然知之甚少。宇宙最初是怎样诞生的?在这片看似无边无际的宇宙海洋中,我们是否孤独?这些问题像一个个未解之谜,既困扰科学家,也不断激励我们向更深更远的宇宙进发,去追寻关于存在的真相。 大家好,我是宇宙悖论。今晚我们来探索宇宙系列,看看为什么有物质没有反物质,常数会不会在变,宇宙是不是有意识,每一个问题都直戳认知底线。故事很长,我们先到梦里讲。 在宇宙诞生后的极早期,有一段极其特殊的时期叫做宇宙暴涨。这个阶段不是普通的膨胀,而是一场几乎难以想象的急速膨胀。理论认为,在极短的时间里,宇宙从比原子还小的尺度膨胀到比银河系还大的尺度,这一切只发生在极微小的一瞬间。这种暴涨被认为紧接着大爆炸之后发生,为后来的一切宇宙演化奠定了初始舞台。 宇宙暴涨理论的提出主要是为了解释几个宇宙学中的大难题。例如,为什么当我们从极大尺度去看宇宙时,它显得如此均匀?各项同性为什么相隔极其遥远、互相之间来不及进行光信号交流的宇宙区域却拥有几乎相同的温度和物理性质?暴涨给出了一种看起来很优雅的答案。 在暴涨之前,整个可见宇宙曾经被压缩在一个彼此靠的非常近的区域里,能量和温度有足够时间抹平差异。随后暴涨突然把这块原本紧挨在一起的区域飞快拉伸开。于是今天我们看到的那些相隔极远的宇宙部分其实曾经是邻居。标准的暴涨图景很有说服力,却不是唯一的理论版本。 很多人听说过宇宙暴涨的基本概念,但在理论物理学内部还有不少进阶版本试图突破我们对宇宙起源的既有理解。其中最著名也最具争议的一个分支就是永恒暴涨。永恒暴涨把快速膨胀这个概念推向极端。在这种模型中,暴涨并不会在整个宇宙里同时结束,而是在不同区域分片停止,某些区域里的暴涨过程停下来形成类似我们生活的这种正常空间泡泡。而其它区域则继续以暴涨的形式向外扩张。暴涨停止的地方就像在巨大的宇宙海洋中形成了一个个气泡宇宙。在这些气泡中星系、恒星、行星才能形成,生命也才可能出现。 而在更大尺度上其它区域仍旧在暴涨,继续诞生新的气泡宇宙。这种图景勾勒出一个多重宇宙的画面,每一个泡泡都是一个宇宙,里面可能拥有完全不同的物理常数和物理定律。在我们这个泡泡里各种常数刚好适合星系、恒星和生命的存在。 而在其它泡泡中规则也许完全不同,有的宇宙或许充满奇异的物质形态,有的则可能根本不适合任何形式的生命。如果暴
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宇宙有多大? 就在今年年初,英国的天文学家发现了一个巨大的宇宙结构——大环。这是一个由很多星系和星系团组成的几乎完美的圆形星系群,它的直径大约是13亿光年,周长达40亿光年,是目前可观测宇宙内已知的最大结构之一。 但按照目前的宇宙形成论来讲,这个大环大到宇宙已经装不下它了。 现在的理论认为,在宇宙大爆炸之后,物质通过引力逐渐聚集,从较小的结构慢慢合并成较大的结构,然后逐渐形成了星系和星系团。但这个过程需要足够的时间。 宇宙形成至今大约有138亿年。理论计算表明,宇宙里能形成的最大结构应该是12亿光年。而大环的直径是13亿光年,已经超过了宇宙形成的理论极限。按理说这是不可能的,因为没有足够的时间来形成这么大的结构。 而且按照宇宙学原理,宇宙应该是均匀一致的。不管站在宇宙的哪个地方观察,看到的宇宙应该都差不多。更准确来说,宇宙均不均匀取决于观测尺度。假如把宇宙看成是海洋,站在海边看海面,波涛汹涌;但坐飞机时就会发现,从高空看海面其实非常平滑。 这个大环就像是一个平滑的表面上出现了一个显眼的疙瘩,让原本应该是均匀的宇宙变得不均匀了。 这种大型结构到底是怎么形成的?难道人类对宇宙的测量出错了?宇宙究竟有多大? 我想大家或多或少都想过这个问题,但这个问题很难想象出答案,而且想多了之后人还会产生一种虚无感。 从地心说到日心说 公元1世纪,古希腊天文学家托勒密提出地心说,认为地球是宇宙的中心,太阳、月亮、行星都绕着地球转。这个理论在当时得到了普遍认可。 直到16世纪初,波兰天文学家哥白尼提出日心说,才推翻了地心说。他认为太阳才是宇宙的中心,地球只是太阳系中的一个普通行星。但他的说法在当时不被认可,经过一个多世纪才慢慢被世人接受。 其实哥白尼是病死的。真正被烧死的是他的支持者布鲁诺。这位意大利哲学家坚持捍卫日心说,还认为太阳只是众多恒星之一,人类在宇宙中也不是唯一的。1600年,他被判火刑,在罗马被当众烧死。 测量太阳系 哥白尼的观点虽然不完全正确,但他给人类的宇宙观带来了巨大改变。人们开始思考:太阳系到底有多大? 从哥白尼之后将近一百年,太阳系大小的计算没有太大进展,直到开普勒出现。1595年,开普勒发现了太阳系各行星之间的位置关系,把地球到太阳的距离称为一个天文单位。只要知道一个天文单位是多少,就能算出整个太阳系的大小。 1677年,哈雷想到了用
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