宇宙是什么形状的

宇宙是什么形状的

?我们对宇宙的整体了解又有多少?它在膨胀么?是不是在无限膨胀?如果不是的话,宇宙空间的边界又在哪里?太空看起来究竟像什么? 几百年前,当人们抬头仰望夜空时,都认为地球被一个黑色的罩子包裹着.那时人们简单地认为恒星就是一些发光点;太阳、月亮和其他行星都有以某种精准的模式围绕地球转动.在他们的概念里,太空很小,以地球为中心并且是个标准的球体. 以哥白尼和伽利略为代表的科学家发现了这一理论的瑕疵.在伽利略提出“地球并非宇宙的中心”100多年后,人们才接受了这一理论.随着时间推移,我们也在更多的了解宇宙.现在,我们已经可以通过天文望远镜、卫星和探测器等先进工具来进行研究了. 我们已经可以得到距离地球百万光年之外星系的照片了.科学家通过特定的方法研究遥远的恒星,还能探测到太阳系中距离地球相当遥远的行星. 但是宇宙的全貌呢?我们对宇宙的整体了解又有多少?它在膨胀么?是不是在无限膨胀?如果不是的话,宇宙空间的边界又在哪里?太空看起来究竟像什么? 这些问题都属于宇宙学的范畴——就是研究宇宙.人们曾通过各种方法来研究宇宙,一部分人用数学的方法,也有的用物理方法,还有相当一部分通过哲学的方法来研究. 对于宇宙到底是什么样子的,宇宙学家并没有一致看法,但却有很多理论.解释这一问题的一个挑战就是,很难把问题形象化.我们曾用2维方法来定义空间,例如,你可以用横纵坐标来表示你现在所处的位置.但宇宙有4个维度,不但在横纵两维之上增加了深度,还必须加上时间轴,很多宇宙学家都把这一4维空间叫时-空. 三个理论有助于理解宇宙形状:大爆炸、引力论和爱因斯坦的广义相对论.宇宙学家在推测宇宙全貌时使用了这些理论.那么它们究竟是用来解释什么的? 大爆炸理论揭示了宇宙的起源.通过观测分析,天文学家认为宇宙在不断膨胀中.他们探测并研究了其他天体数十亿年之前的发出的光线,那个时候宇宙还很年轻.科学家将观测结果理论化,认为宇宙中的一切物质和能量都集中在一个极其微小的点上,这个点突然爆发,形成了宇宙.物质和能量通过爆发在极短的时间内就被抛出了百万光年之外的地方.这些被抛出的物质和能量,就成为我们现在所了解的宇宙的一部分.奇点 根据广义相对论,在大爆炸之前,体积为零、密度无穷大的点包含了宇宙的所有物质.这一点称为奇点.物质在进入黑洞的同时也进入了奇点状态,因为质量减为零而密度增加到无穷大. 引力论认为,物质的每一个粒子都对其他每一个粒子具有吸引力.粒子对其他粒子的吸引和粒子的质量成正比,和他们之间的距离平方成反比.可以用下面的等式来表示:F = GMm/r2. 等式中,F表示引力的大小,M和m分别表示物体的质量,r2表示两个物体之间距离的平方.那么G代表什么?G是引力常数,任何两个物体之间的比例系数,它与物体的质量无关.引力常数大小是6.672 x 10-11 N m2 kg-2 [来源: World of Physics].这个数值非常小,这就解释了为什么物体并不总是吸引在一起的.但对质量巨大的物体来说,这一常数不可忽略,某一物体对其他物体所产生的引力可能是巨大的. 如果大爆炸理论是正确的,宇宙开始形成的时候就必然有巨大的能量爆发,从而将物质快速推向遥远的距离,这些能量必须克服宇宙中所有物质的引力.宇宙学家目前正试图确定宇宙中到底有多少物质.物质足够多,引力效应就会逐渐减弱并阻止宇宙膨胀,最终宇宙就会缩小到另一个奇点,这一理论称为大崩缩.但如果物质不够多,引力也将不够强,不能阻止宇宙的膨胀,宇宙就会无限膨胀下去. 相对论又是关于什么的?除了解释了物质和能量之间的关系,还得出一个结论:空间是弯曲的.太空中的星体绕着椭圆轨道运行的原因并不是引力作用,而是由于空间是弯曲的,因此直线最终变成了闭合的圆圈.几何学中曲平面上的直线称为测地线. 以上述三个理论为基础形成的其他许多理论分别描述了空间的真实面貌,但对于哪一种解释才是正确的则并无定论. 宇宙理论上应该是什么样子的?为什么我们不知道哪种解释才是正确的?