宇宙初探索

宇宙是什么

宇宙是所有时间、空间与其包含的内容物所构成的统一体[;它包含了行星、恒星、星系、星系际空间、次原子粒子以及所有的物质与能量,宇指空间,宙指时间。大爆炸理论是当前描述宇宙发展的宇宙学模型。

宇宙的性质

通常的观念是宇宙是三维空间加上时间维度的四维空间,闵考斯基时空认为时间与空间可以组成一个流型,在一次时间与空间的讲座中,他将虚的时间坐标替换为实的时间坐标,并利用一个四维实矢量空间来表述时空的四个自变量(x, y, z, t)。这个空间中的点与时空中的事件一一对应。在这个时空中还有一个特别的光锥。空间中不在光锥上的点可以依据它们与光锥的关系划分为“类空”或“类时”。这与现今对时空的认知基本一致。弦理论则提出理论中存在额外添加的维度,探索平行宇宙理论的可能性。

宇宙的大小与区域

目前宇宙的大小难以界定,根据广义相对论,因为有限光速与持续的空间扩展,导致在宇宙存在的时间中,永远无法与人们产生互动。举例,从地球发出的广播讯息,即使宇宙永远存在,可能永远无法抵达宇宙空间中的部分区域:空间扩展所花费的时间,会比光抵达该区域的时间还快。因此即使宇宙整体是无限的,宇宙的可观测部分仍是有限的。

宇宙的成分

宇宙几乎是由暗能量、暗物质与原有物质组成。原有物质包含了原子、恒星、星系与生命,在宇宙中只占有全部成分的4.9%。暗物质是一种目前尚未被侦测的神秘物质型态,占宇宙全部成分的26.8%。暗能量是真空中的能量,也是导致宇宙加速膨胀的原因。目前的观测结果是,我们的宇宙接近平坦,因此宇宙的总物质量应该接近等于临界密度。

宇宙的命运

根据弗里德曼方程,如果物质密度超过临界密度,宇宙的膨胀最后会停止,并逆转为收缩,最终形成与“大爆炸”相对的一场“大崩坠”(big crunch);如果物质密度等于或低于临界密度,则宇宙会一直膨胀下去。另外,宇宙的几何形状也与密度有关:如果密度大于临界密度,宇宙的几何应该是封闭的;如果密度等于临界密度,宇宙的几何是平直的;如果宇宙的密度小于临界密度,宇宙的几何是开放的。并且,宇宙的膨胀总是减速的。

原创文章,作者:阿峰,如若转载,请注明出处:http://51xz.net/1085.html

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