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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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事实上,二零一一年的一项研究测算表明,宇宙的实际规模约为可观测区域的二百五十倍,当前人类可观测的宇宙范围宽度达七万亿光年。这种对浩瀚宇宙的有限观测视角为解决宇宙平坦性问题提供了理论依据。 从理论上说,我们的宇宙几乎不可能恰好具备使时空保持平坦的精确临界物质密度。然而爆炸理论的提出使这一矛盾得以化解。在爆炸作用下,宇宙无需具备精确的临界密度即可呈现平坦特性。就人类目前的观测范围而言,宇宙确实展现出完美的平坦性。 我们目前仅能观测到更大尺度宇宙爆炸区域的极小部分,正是由于爆炸作用,我们的局部观测区域在极短时间内实现了超乎想象的膨胀,使得我们所见的宇宙空间呈现出绝对平坦的形态。这种平坦性甚至延伸至光速可及的宇宙视界边缘。 这类似于将一个微小球体以放大至地球尺寸,即便知晓整体结构存在曲率,但在其表面进行观测时,视野范围内始终呈现完美的平坦状态。因此在宇宙诞生之初引入爆炸机制,似乎能够有效驳斥任何基于单一观测视角对大爆炸理论提出的质疑。 在爆炸过程中,早期微观宇宙的大部分精细结构遭到拉伸而消灭殆尽,所有温度涨落、奇异粒子以及空间本身的几何区域特征均被抹除。当爆炸过程最终停止时,任何潜在的观察者都将发现自己被困在一个寒冷而空旷的宇宙空间中。而就在片刻之前,这个空间还看似充满物质与能量。 正如南极探险家斯科特阿蒙森的考察站南阳,即便仅依靠星光照亮,也仅能感知到周围数米范围内的环境。在南极持续六个月的极夜已过去数周,环境温度已骤降至零下五十摄氏度以下,凛冽的寒风在扭曲的建筑结构间嘶鸣。 从外部观察,这座科考站仿佛已被遗弃。然而巨型射电望远镜天线运转时发出的微弱机械声响,却昭示着生命活动的存在。在高度隔热的控制室内,与室外刺骨严寒形成鲜明对比的是宜人的温暖环境。 一直身着厚重防寒服的科研团队正坚守岗位,他们是自愿在此度过漫长极夜的数十位科研人员中的成员。南极夏季期间,这座科考站曾容纳两百名科研人员,但很少有人敢于直面这永恒黑暗的极寒考验。 在海拔近三千米的高原之上,寒冷干燥的大气环境使科研团队得以操控微波望远镜,以前所未有的精度对宇宙最深处展开观测。他们致力于在遍布宇宙的背景辐射中,探寻宇宙膨胀的原始印记。 尽管身着厚重的防寒装备,他们依然满怀期待的注视着未来五个月的永夜时光。这些科研工作者迫切希望解开宇宙膨胀理论的未解之谜。尽管该理论具备解决诸多科学问题的潜力,却尚未获得确凿的实验
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我们从明星开始吧 观测表明 高达10亿亿万亿万亿千克 每个星系平均包含1,000亿颗恒星 这意味着总共有至少200亿万亿颗恒星 对于我们实际能看到的所有物质来说 比如星际气体 一种方法是研究宇宙微波背景辐射 从第一个原子形成的那一刻起 传播了很长的距离 他们甚至可以在静电干扰中被检测到 测量天空不同部分的 波动的统计相关性 与其他方法和探测器相结合 150零万亿万亿万亿千克的质量 甚至人类 将这个质量转换成能量时 释放的能量的600万亿万亿倍 只占那里能量的5% 这就像构成原子人类 如果你用手电筒照射它 就像在空旷的地方挥动球棒一样 我们无法触摸或感受到暗物质 那就是暗能量 负责将宇宙推开 我们通过遥远超新星的光看到这一幕 这些爆炸已被相当充分的理解 膨胀和暗能量的推动来解释 所有数据都指向一种奇异物质 这正是你所期望的空旷空间的能量 它实际上是一团永远无法驯服的 拖累着宇宙 在量子力学的早期 现在人们通常称之为真空能量 而且大多数科学家 相当于约46万亿万亿万亿亿吨TNT 行星恒星暗物质暗能量 相当于67万亿万亿万亿亿吨TNT 所有这这些能量 一杯装满暗能量的咖啡所含的能量 因为正是这种低密度 我们遇到了所有宇宙学难题中 把暗能量视为空旷空间的能量 看待我们最可靠的物理理论时 缓慢演化的宇宙 我们的宇宙本不该变得庞大而古老 确实事实是 为什么暗能量这么少 为了理解零点能量及其造成的难题 来到一家俯瞰内 他从第一次世界大战的废墟中崛起 两个朋友 美食美酒良友 炮力却是一个非常不同的人物 在汉堡臭名昭著的圣保利区里 在酒精和暴躁的性格的刺激下 如果像你说的那样 阿斯顿可以轻而易的将他们分开 他开始在餐巾纸上草草的写下计算 但是引力又如何呢 宇宙甚至都到不了月球 它充满了恒星 从危险的红巨星到病态光芒的白矮星 有太热的 他们是生命可以繁荣昌盛的明珠 恒星就是在这里诞生的 并把这一切都带走 以及所有其他形式的复杂生命 寂静真正荒凉的地方 这种空虚是没有重量的 至少我们认为这不是真的 它携带零点能量 著名的德国物理学家和量子力学之父 此后不久 而是一种充满巨大能量的奇异戒指 阿尔伯特爱因斯坦 也存在着动荡的关系 事实上正是他在1,917年 来抵消他当时认为的 计算了零点能量对氢分子的影响 爱因斯坦 据称他称该常数是他的最大失误 "No theoretician can ..
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