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大爆炸、暗物质与宇宙的命运

2020年03月26日 12:52 来源:未知 手机版

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宇宙是如何形成的?这个问题困扰了人类千百年的时间。按照目前物理宇宙学的理论,宇宙起源于一场宇宙大爆炸。宇宙是如何膨胀的?宇宙有可能还会再爆炸一次吗?暗物质又如何被发现?人类是否将会陷入永恒的孤寂?

宇宙是如何形成的?这个问题困扰了人类千百年的时间。按照目前物理宇宙学的理论,宇宙起源于一场宇宙大爆炸。宇宙是如何膨胀的?宇宙有可能还会再爆炸一次吗?暗物质又如何被发现?人类是否将会陷入永恒的孤寂?


本文来自微信公众号:SELF格致论道讲坛(ID:SELFtalks),题图来自:IC photo


宇宙真的起源于一次大爆炸吗?证据是什么


吴宝俊:宇宙诞生于137亿~138亿年前的一次大爆炸,是不是真的?怎么确认宇宙真的来自于这么一个大爆炸呢?


黄庆国:在理解宇宙的过程当中,理论非常重要。一百年前,爱因斯坦提出“广义相对论”之后,进一步提出了宇宙学基本原理,标志着现代宇宙学的开端。


吴宝俊:这个基本原理是什么?


黄庆国:地球是太阳系里的一颗行星,绕着太阳做近似的周期运动。太阳系是银河系中一个很小的恒星星系。一个系统如果足够复杂,反而会有一些很简单的规律呈现出来,这是现代物理学一个很重要的思想。


因为宇宙如此复杂,我们发现宇宙在很大尺度上,可能是均匀和各向同性的,这就是宇宙学原理。


吴宝俊:均匀就是均质的,和咱们普通老百姓理解的均匀是一样的。各向同性是指的是各个方向都是等同的,没有特定的方向取向。


黄庆国:宇宙学原理告诉我们,宇宙中没有特殊的点,每一个点都是平等的。


我们看到北极星这颗恒星时,就会知道北方在哪里。在中国文化里面,所谓恒星就是恒定不变的。我猜测当时基于这样一个观测事实,爱因斯坦就认为,宇宙是静止不演化的。


吴宝俊:爱因斯坦当年依据恒星位置不动这种现象,认为宇宙是不动的,但是后来有其他证据推翻了他这个想法。是什么样的证据呢?


黄庆国:是哈勃。举个例子,我们怎么知道宇宙是在膨胀的?比如有一列火车开过来了,如果这个火车是迎面而来的话,它鸣笛的时候声音会变得越来越尖锐,当离我们而去时,它的波长就变长了,声音会变低沉。


哈勃做观测时发现,那些遥远的星系或者星云,它们发出来的光波,波长总是往低沉的那个方向上变化(波长变长),而且是系统性的。


也就是说,如果这些星系在随机跑动,它们应当有些朝我们越来越近,有些远离我们而去。但哈勃观测到的(星系)都是远离我们而去的,这说明宇宙是膨胀的。这个观测证据,让爱因斯坦意识到他犯了一个错误。


曹瑧:这就是哈勃最重要的发现,是大爆炸理论学说里最重要的一个观测证据。


吴宝俊:宇宙是在膨胀的,我把时间倒推回去,它就是在缩小。


黄庆国:缩到头了就是大爆炸。


吴宝俊:那137亿年、138亿年就是根据它膨胀的速度反推的。


黄庆国:这就是我们能通过测量今天宇宙膨胀的速度来推测宇宙年龄的原因。


吴宝俊:这背后的逻辑真的很强大。有实验证据证明宇宙在膨胀,证明所有的恒星都在远离我们,反推一下,就可以认为在多少多少亿年之前大家都集中在一个点上。


黄庆国:所以我认为,大爆炸理论是整个二十世纪所有的物理学理论里最具有想象力的一个理论。


宇宙是如何膨胀的?


曹瑧:黄老师刚才提到一个非常重要的观点叫做想象力。我们回到稍微严肃一点的话题,就是科学需要想象力,但不能天马行空。更重要的是,要用实验观测证据来检验想象力想出来的东西是否真的代表宇宙的演化过程,是否真的有这么一个点?

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本文标签:宇宙 暗物质 星系 膨胀 宇宙线

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