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宇宙中心难找出认可答案

来源:科普时报    发布日期:2018-06-29

仰望清澈的夜空,四面八方的星辰环绕四周,你可能觉得自己就是宇宙的中心。

自137亿年前大爆炸以来,宇宙便不断膨胀。尽管被称之为“大爆炸”,但它并非一场从中心引爆点向外喷发的爆炸。最初的宇宙非常紧凑而微小,随后宇宙内的每个点向外膨胀,也就没有所谓的“中心”。

想象一下,一只两维蚂蚁生活在一个呈完美球形的气球表面,从蚂蚁的视角,气球表面的每一个地方都是一样的。这个球面没有中心,也没有边界。如果给气球充气,蚂蚁将看到它的“两维宇宙”不断膨胀。在球面上画点,点与点之间不断远离,就像宇宙中的星系一样。

对于生活在这个二维宇宙的蚂蚁来说,与球面垂直的任何第三维度,例如前往气球的中心在物理学层面没有任何意义。俄亥俄州立大学天体物理学家芭芭拉·莱登表示,蚂蚁知道它可以前进和后退,也可以左转和右转,但没有上和下的概念。

我们的宇宙就是蚂蚁所在的二维气球宇宙的三维版。这个气球的表面积有限,代表一个有限的宇宙。莱登表示,宇宙学家至今无法确定我们的宇宙究竟是有限还是无限大。受大爆炸后光线穿行距离的限制,宇宙学家的观测只能看到有限的宇宙区域。

如果是这种情况,你可以用一张扁平且永远扩张的橡胶板代替气球。如果你想描绘一个三维宇宙,不妨想象一块无限大并且不断膨胀的葡萄干面包。葡萄干代表彼此远离的星系。莱登在接受生活科学杂志采访时说:“如果宇宙无限大,也就没有所谓的中心。”

宇宙究竟是扁平的还是弯曲的,取决于宇宙内的物质和能量总量。如果宇宙的质量和能量密度刚好是“临界密度”,宇宙将扁平如纸,以稳定的加速度不断膨胀。如果密度高于临界密度,宇宙将像气球一样弯曲。密度增加带来的额外引力会延缓宇宙膨胀速度,最终让宇宙停止生长。如果密度低于临界密度,宇宙将以更快的速度膨胀,会有负曲率,形状与马鞍类似,这种宇宙是无限大的,没有中心。

迄今为止,无论是理论研究还是对大爆炸余晖“宇宙微波背景辐射”的观测,都指向扁平宇宙。但宇宙学家仍无法确定宇宙本来就是扁平的还是因为拥有极为宽广的曲线,看起来呈扁平状。后一种情况与我们的地球类似,虽然地球呈球形,但我们在地面上感受的地球却是扁平的。

没有边界和中心符合宇宙论原则。该原则认为,宇宙内没有一个区域是特殊的。对星系团分布和宇宙微波背景辐射的观测结果显示,如果你站在足够远的地方,宇宙内的任何区域看起来都是一样的。历史上,人类曾错误地认为,我们处在或者靠近宇宙中心,无论这个中心是地球、太阳,还是银河系。不管我们认为人类如何特殊,宇宙内没有特殊存在。


编辑:叶秋红
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