宇宙是有界无限的。
宇宙(Universe)在物理意义上被定义为所有的空间和时间(统称为时空)及其内涵,包括各种形式的所有能量,比如电磁辐射、普通物质、暗物质、暗能量等,其中普通物质包括行星、卫星、恒星、星系、星系团和星系间物质等。
宇宙还包括影响物质和能量的物理定律,如守恒定律、经典力学、相对论等。
大爆炸理论是关于宇宙演化的现代宇宙学描述。根据这一理论的估计,空间和时间在137.99±0.21亿年前的大爆炸后一同出现,随着宇宙膨胀,最初存在的能量和物质变得不那么密集。
宇宙逐渐冷却并继续膨胀,允许第一个亚原子粒子和简单的原子形成。暗物质逐渐聚集,在引力作用下形成泡沫一样的结构,大尺度纤维状结构和宇宙空洞。巨大的氢氦分子云逐渐被吸引到暗物质最密集的地方,形成了第一批星系、恒星、行星以及所有的一切。
空间本身在不断膨胀,因此当前可以看见距离地球465亿光年的天体,因为这些光在138亿年前产生的时候距离地球比当前更近。
虽然整个宇宙的大小尚不清楚,但可以测量可观测宇宙的大小,估计其直径为930亿光年。在各种多重宇宙论中,一个宇宙是一个尺度更大的多重宇宙的组成部分之一,各个宇宙本身都包括其所有的空间和时间及其物质。
随着巡天观测技术水平的逐步提高,人类不断尝试绘制整个宇宙的全貌。2021年1月14日,国家天文台北京-亚利桑那巡天(BASS)团队和暗能量光谱巡天(DESI)团队联合发布最新巨幅二维宇宙地图。
宇宙到底有没有尽头?有哪些情况可能会出现?
宇宙很有可能是无穷的,即使有限也远远超出了我们可观测宇宙的尺度。目前对可观测宇宙的观察,以微波背景辐射为参照物,任意三个前景天体所组成的三角形内角和都是180度。
要知道,如果空间是弯曲的,那么光也会是弯的。我们都知道球面上的平行线会相交,三角形的内角和大于180度。所以至少可观测宇宙尺度里,宇宙是平直的,也就很有可能是没有是无尽头的。
也可以参照爱因斯坦和霍金的理论。爱因斯坦觉得是无界有限,霍金觉得是有界无限。
有意思的是这两种猜想都可以在数学上得到解释。 爱因斯坦的无界有限理论是把宇宙模拟成一个四维空间上的球,无论从宇宙的任何一点出发,最后总是可以回到原来的位置,并不存在严格的边界(或者说处处是边界),但这个球的确是有限的。
所以是不是真的有尽头买还是需要更深入的理论研究和科技探测。
宇宙有多大?宇宙存在了多长时间?宇宙的尽头是什么?这些重大问题一直困扰着人类。但随着现代天文学的不断发展,这些问题已经有了初步的答案。
根据宇宙学标准模型,宇宙的存在时间不是无限的,而是大约138亿年。另一方面,可观测宇宙的直径约为930亿光年。那么,这是否意味着465亿光年之外是宇宙的尽头呢?
答案是否定的。我们在地球上朝着任何方向观测,最远只能看到465亿光年外的天体。但可观测宇宙的边缘只是我们目前所能观测到的极限,并非是宇宙的边缘。由于宇宙存在的时间是有限的,光速也不是无限快,所以宇宙中还有一部分是我们现在所无法观测到的,那里的光还没有足够的时间走完去往地球的路途。
可观测宇宙的尽头是不可观测宇宙,那么,不可观测宇宙的尽头又是什么呢?
目前,人类无法知道整个宇宙的确切大小,不可观测宇宙究竟是否有限不得而知。如果宇宙无限大,宇宙也就不会有尽头的概念。如果宇宙是有限的,宇宙也不一定会有尽头。至于宇宙究竟有没有尽头,宇宙尽头之外是什么,需要弄清楚宇宙的几何形状是怎样的。
宇宙的几何形状由整个宇宙中的物质(普通物质和暗物质)和能量(光子、中微子辐射和暗能量)所决定,质能密度的大小影响着时空曲率。根据弗里德曼方程,可以算出一个临界密度。通过比较质能密度和临界密度,可以推测出宇宙的形状,总共有三种可能性:
(1)如果宇宙的质量密度小于临界密度,宇宙的时空曲率小于0,整个宇宙的形状是一种开放的双曲形,宇宙在未来会无限膨胀下去。
(2)如果宇宙的质量密度等于临界密度,宇宙的时空曲率等于0,整个宇宙是平坦的,空间无限延伸,宇宙在未来逐渐会停止膨胀。
(3)如果宇宙的质量密度大于临界密度,宇宙的时空曲率大于0,整个宇宙空间会被压缩成封闭的状态,宇宙在未来会由膨胀转变为坍缩。
由此可见,无论宇宙的几何形状是哪一种,宇宙都没有尽头的概念。在开放的宇宙中,宇宙没有尽头,并且也是无限的。在封闭的宇宙中,宇宙也没有尽头,但是有限的。
上述是基于四维时空(三维空间+一维时间)的情况,这是我们目前所能理解和认知的。或许我们只有进入更高维度的时空,才能看到宇宙的全貌,进而确定宇宙的尽头究竟是什么。
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