宇宙在膨胀,说明其外面还有空间,那外面是什么?
宇宙 , 这个目前仍有着诸多人类未解之谜的庞大世界一直是神秘的象征 , 科学家也从未停止对宇宙的研究 。
自科学家们通过观测发现了宇宙在不断膨胀之后诞生出了许多问题 , 宇宙是否是有边界的 , 如果有的话宇宙的外面是什么世界 , 是否有其他生命存在于宇宙之外 。
这些问题由于依靠人类目前的科学技术手段都不能得到解决 , 但是科学家们依据现有的知识 , 对宇宙以外的世界已经有了大致的预测 。
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神秘的宇宙
宇宙及内部物质从何而来
宇宙大爆炸理论是能够解释宇宙到底如何诞生的模型 , 这个理论的基础是爱因斯坦的广义相对论 。
大爆炸的发展过程可谓是世界上天文 , 物理学家不同观点的碰撞而得来的 。 1912年 , 维斯托·斯里弗首次测量了“漩涡星云”以及类似的星系正在逐渐远离地球 , 这个发现引发了世纪天文大辩论 。
1917年爱因斯坦将广义相对论应用到了宇宙的研究中 , 但由于相对论的观点中宇宙是动态的 , 不符合当时的静态宇宙模型 , 爱因斯坦在此基础上添加了宇宙学常数进行了修改 。
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爱因斯坦和他的相对论
1924年 , 天文学家埃德温·哈勃测得“漩涡星云”是位于银河系以外的星云 , 在不久之后的比利时物理学家勒梅特 , 提出了星云发生多普勒频移的原因是因为宇宙在不断膨胀 。
这个观点的提出与弗里德曼的弗里德曼方程观点一致 , 两位科学家通过不同的方式得出了近乎相同的结论——宇宙在膨胀 。
二战以后 , 世界上两种关于宇宙的观点一直在相互对立 , 直到1965年拉尔夫·阿尔菲与罗伯特·赫尔曼的宇宙微波背景辐射的发现成功证明了二人在之前的预言是正确的 , 因此宇宙大爆炸理论在被众多物学家所应用 。
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宇宙微波背景
如今宇宙中的所有物质并不是在宇宙诞生之初就全部拥有的 , 这个过程可以通过爱因斯坦的广义相对论进行对宇宙膨胀进行推导 , 从而得出宇宙中的物质是如何诞生的 。
目前较为广泛应用的模型中 , 大多认为宇宙在爆炸之初是由均匀分布且各向同性的高温高压物质构成 。 其实也不难理解 , 任何一样物质在发生爆炸后都会产生高温的环境 。
随后宇宙一直在进行着降温和膨胀 , 膨胀发展到10^-37秒时 , 诞生了夸克-胶子等离子体 , 以及基本粒子 。 但这些粒子与反粒子由于数量相同 , 在不断的相互碰撞中创生或湮灭 , 这也就导致了但是宇宙中的重子数为0 , 宇宙中产生不出我们今天所谓的“物质” 。
这个现象一直持续到宇宙膨胀的某个时期 , 夸克与轻子的数量以三千万分之一的数量级超出了其对应的反粒子数量 , 这导致了如今宇宙中以物质为主 , 反物质的量相对较少 。
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宇宙在加速膨胀
当宇宙的温度降温使得所有粒子的能量普遍降低到1太电子伏特时 , 产生了我们今天所了解的基本粒子与基本相互作用 。
在10^-6秒后 , 夸克与胶子结合生成了质子、中子等 , 但由于粒子的数量略微大于反粒子 , 这就导致了反粒子在与粒子的相互碰撞中全部湮灭 , 十亿分之一的质子中子留存了下来 。
大爆炸进展到几分钟后 , 宇宙内的温度降低到了约10亿开尔文温度 , 出现了太初核合成 , 意思就是出现了质子与中子结合生成原子核的现象 。
随后在大约37.9万年之后 , 电子被原子核捕获 , 形成了以氢原子为主的原子群 , 这些原子通过辐射与脱耦在宇宙中传播 , 辐射的痕迹造成了如今发现的宇宙微波背景辐射 。
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宇宙大爆炸
虽然宇宙中的物质分布几乎均匀 , 但也不排除有密度大的区域 。 这些物质通过较强的引力吸引其他物质进行汇合 , 形成了恒星以及星系等能够被观测到的天体 。
我们能在宇宙中观测到什么
自138亿年前宇宙大爆炸发生以来 , 宇宙就没有停止过膨胀 。 但我们目前所能观测到的宇宙范围却十分渺小 , 以至于很多问题未能解决 。
根据科学家的测量与计算 , 当今地球的可观测宇宙距离大约是140亿秒差距 , 也就是460亿光年 。 以这个距离为半径的话 , 可以得出目前的可观测宇宙的范围约为一个直径是930亿光年的球体 。
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