女生个子144:我们地理老师说宇宙大小是有限的,那到底有多大,宇宙外面是什么

来源:百度文库 编辑:查人人中国名人网 时间:2024/05/12 16:00:38

这个比较复杂,涉及爱因斯坦的相对论,爱因斯坦曾提出宇宙有限而无边的理论,简单说就是宇宙相对我们地球来说有界限但却找不到它的边际。当代科技发现了宇宙的红移现象,及行星和星云的能量在朝远离宇宙中心的方向扩散,证明宇宙是在膨胀的。至于宇宙大小是有限的那么宇宙外面是什么这个问题不能简单地从空间的角度看,因为宇宙学很大程度上涉及到时间,及时空坐标系,而不是像我们现在地球上这样看 物体的膨胀单单看空间体积就可以了(因为我们的速度相比较光速是可以忽略不计的)。
此外宇宙学的很多理论是得不到证明的,比如即使现在证明了宇宙是有限的,我们也不可能飞到宇宙的边际去证明。这也就是施蒂芬霍金——当代最伟大的宇宙学家始终不能获得诺贝尔奖的原因。

针对YLouis的回答的补充:
1917年,爱因斯坦发表他的第一篇宇宙论文《根据广义相对论对宇宙学所作的考察》。象他多次以一篇论文开创一个领域一样,这篇论文宣告了相对论诞生。虽然时间已经过去六十多年了,但是,这篇论文所引进的许多观念至今仍富有生命力。在探索宇宙中,爱因斯坦首先指出无限宇宙与牛顿理论二者这间存在着难以克服的内在矛盾。在原则上,根据牛顿力学不能建立无限宇宙这一物理体系的动力学。从牛顿理论和无限宇宙这两点出发,根本得不到一个自洽的宇宙模型。因此,必然是:或者修改牛顿理论,或者修改无限空间观念,或者对二者都加以修改。爱因斯坦放弃了传统的宇宙空间三维欧几里得几何的无限性。他根据广义相对论建立了静态有限无边的自洽的动力学宇宙模型。在这个模型中,宇宙就其空间广延来说是一个闭合的连续区。这个连续区的体积是有限的,但它是一个弯曲的封闭体,因而是没有边界的。
这里我不过说了通俗易懂点:)。
红移确实和“有限无边”理论是两码事。
一个天体的光谱向长波(红)端的位移叫做红移。通常认为它是多普勒效应所致,即当一个波源(光波或射电波)和一个观测者互相快速运动时所造成的波长变化。美国天文学家哈勃于1929年确认,遥远的星系均远离我们地球所在的银河系而去,同时,它们的红移随着它们的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈勃定律,它成为星系退行速度及其和地球的距离之间的相关的基础。这就是说,一个天体发射的光所显示的红移越大,该天体的距离越远,它的退行速度也越大。红移定律已为后来的研究证实,并为认为宇宙膨胀的现代相对论宇宙学理论提供了基石。上个世纪60年代初以来,天文学家发现了类星体,它们的红移比以前观测到的最遥远的星系的红移都更大。各种各样的类星体的极大的红移使我们认为,它们均以极大的速度(即接近光速的90%)远离地球而去;还使我们设想,它们是宇宙中距离最遥远的天体。

光是由不同波长的电磁波组成的,在光谱分析中,光谱图将某一恒星发出的光划分成不同波长的光线,从而形成一条彩色带,我们称之为光谱图。恒星中的气体要吸收某些波长的光,从而在光谱图中就会形成暗的吸收线。每一种元素会产生特定的吸收线,天文学家通过研究光谱图中的吸收线,可以得知某一恒星是由哪几种元素组成的。将恒星光谱图中吸收线的位置与实验室光源下同一吸收线位置相比较,可以知道该恒星相对地球运动的情况。

红移实际上是证明史蒂芬霍金的宇宙爆炸论的有利证据。即星体的能量在朝远离中心的方向扩散。

至于史蒂芬霍金为什么不能获得诺贝尔奖,我也想说明一下史蒂芬霍金的理论已经获得大多数科学家的认可,他本人也被公认为目前最伟大的理论物理学家,注意是理论物理学家。
因为诺贝尔奖的获奖项目必须有严密的理论并且有实际成功的实验予以证明。无论是物理学奖、化学奖、生物学奖 、以至经济学奖都是如此。为证明史蒂芬霍金的宇宙爆炸理论,我们不可能,也没有科技飞到宇宙的中心,实地测量那里的能量谱线,又飞到宇宙的边际,测量红移谱线,进行比对论证。这也是史蒂芬霍金一直不能得到诺贝尔奖的根本原因。

再补充:
在“有限无边”的说明中,我似乎没有提到所谓的中心一词……
至于宇宙中心,可能我应该解释一下,这实际指的是宇宙最初大爆炸的起源地。宇宙爆炸模型通俗讲就是宇宙的形成起源于一次大爆炸,而爆炸源地、也就是这里所指的宇宙中心,那里的物质密度非常的高。而宇宙的膨胀就是爆炸形成的各类星体向爆炸源的相反方向远离。目前我们是通过红移现象观察到的。这个解释与“无论在宇宙中的哪一点上,看到的周围的星体都是有红移运动的”是一致的。因为所有的星体都是在向远离中心的相反方向移动,只不过他们的红移不同罢了。

另外,简单学过相对论的都知道,如果物体的运动速度接近光速级别,那么它的空间尺寸会变小。举个例子,假设一把尺,以接近光速的速度掷出,那我们看道运动中尺的长度要比静止时短。所以在宇宙空间的讨论时,应该要考虑时间的坐标。

至于史蒂芬霍金不能获得诺贝尔奖的原因,大家各有各的想法,在此不过交流,没有必要强求同一。

或许是我的表达能力不够好,确实,宇宙就是那次爆炸形成的。这里所谓的中心,其实是指宇宙目前质量密度相对最大的地方,有点像核心区域的意思。总所周知 ,宇宙物质的分布是不均匀的。就好像太阳系,以太阳为中心旋转,而太阳系又位于银河系的边缘,围绕银河系旋转一样,中心的物质质量和密度是最大的。

至于宇宙空间的讨论,应该还是要考虑时间的因素。很简单,我们是站在地球的角度在讨论宇宙行星等的运动。好比上面提到的“各种各样的类星体的极大的红移使我们认为,它们均以极大的速度(即接近光速的90%)远离地球而去”。既然有速度,有红移谱线就一定有时间这个参量。速度是单位时间物体通过的距离,谱线能量计算涉及频率,而频率正是周期的倒数。这都涉及时间的参量。

科学家正在研究,估计地球毁灭之前人类是无从得知阿

赫赫,有限无边不是你这样理解的。有限无边是指空间本身受到宇宙中物质引力作用而弯曲闭合。既然空间已经闭合了,那么就没有“外面”一说了。红移和这又是两回事。红移事实上确定了一个我们能观测到的宇宙大小的边界(大概五百亿光年),但是这远不是宇宙的全部。
另——史蒂芬霍金是最伟大的宇宙学家,但不一定是最伟大的物理学家。

另:那我也补充一下吧。皇者蓝剑找到的资料都是正确的,但是很可惜他对这些理论的理解有偏差。有限无边模型涉及到的是一个闭合的空间,这是什么意思呢?就是说宇宙既没有边际,也没有所谓中心。爱因斯坦的有限无边模型是静态的,而膨胀模型(即爆炸模型)是后来基于相对论发展的动态模型。但是爆炸模型并不意味着就有一个宇宙中心,所有物质都是以这个中心向外扩散——这是通常人们理解膨胀模型时以自己的三维经验想当然描绘出来的一个情景。膨胀模型意味着无论在宇宙中的哪一点上,看到的周围的星体都是有红移运动的。所以在皇者蓝剑后面的评论中的“飞到宇宙的中心,实地测量那里的能量谱线,又飞到宇宙的边际,测量红移谱线,进行比对论证”是不正确的想当然的想法。另外,这个问题仅仅涉及到相对论中对于宇宙空间维度的描述,在公式推导的时候会涉及到四维张量,但是仅就这个问题的答案而言,不涉及时间维度的性质。
还有就是:宇宙学是理论物理的一个分支,但绝不是全部,Landau、Feyman都是伟大的理论物理科学家,但是不是宇宙学家。所以只能说史蒂芬霍金是最伟大的宇宙学家,但是说他是最伟大的理论物理学家甚至最伟大的物理学家,恐怕是见仁见智了。

那我就不好意思再补充一下了。再次说明,在大爆炸理论中宇宙从来没有,以后也不会有一个所谓的中心。可能你想当然的以为爆炸必定是以空间中一个点开始的,错!在爆炸处包含了现有的整个宇宙空间,宇宙空间是从爆炸开始时才产生的,因此整个宇宙空间都是当时的那个“爆炸点”!这一点是由广义相对论的场方程解出来的(即空时起点),如果不懂,建议去读读看爱因斯坦的《相对论的意义》。有些宇宙学的东西可能超乎一般人的想象,不是几本科普读物能讲清楚的。
另外,或许你是简单得学过一点相对论,可惜你弄混了相对论的数学手段和结论。相对论的推导确实都是以四维张量为基础的,但是并非所有的结论都是和时间有关。当我们得到一个和时间无关的描述的时候,我们大可以不讨论时间。比如E=mc2这个尽人皆知的式子(或许用得有点滥了),描述的就是所有物体的能量和质量之间的关系,你怎么能说它还和时间有关呢??时间在相对论中确实重要,但是不必谈及相对论必提时间,谢谢。

恐怕你的知识方面也有所欠缺吧。不仅在空间上,宇宙没有中心这一概念,在密度分布上,更没有所谓中心一说,不知道你这个“众所周知”是什么地方来的?反正我们搞宇宙学的同学可没这样跟我提过。注意:宇宙膨胀并不是各个星体像爆炸一样向外飞(估计你是有一个这样的错觉,才认为有一个中心区域是密度最大处),而是空间自身的膨胀。宇宙或许有密度起伏的地方(星系、星团等),但是在宇宙学的大尺度上,一直认为宇宙的密度是均匀的,不均匀性实际上是由引入不确定扰动的初始条件产生的,关于这个问题涉及到宇宙初始状态下物理定律的描述问题,在现今理论框架内无法解决。
另外,不要以为提到频率、速度就一定要扯上时间,这和这个宇宙形态的问题毫不沾边。就好比酿葡萄酒就要种葡萄,种葡萄就要涉及土地翻耕,那我在品尝一瓶美酒的时候,难道还要涉及到种葡萄的时候要用什么形状的铁锨来翻地么?hehe。都说了,数学描述与手段是一回事,结论的讨论又是一回事,即使是初中物理,也很经常遇到解题时要引入速度与时间参量,解完了却发现某些结果是时间无关的常量的事情吧?红移和时间无关,只和星体与地球的距离有关,这恐怕是你随便baidu一下都能找到的事实。