神马作文网什么叫做闭合、开放与平坦的宇宙模型?
来源：学生作业帮 编辑：神马作文网作业帮 分类：物理作业 时间：2024/11/11 01:13:53
什么叫做闭合、开放与平坦的宇宙模型?
因为现在对宇宙旳膨胀速度和平均密度还不清楚,所以人们对宇宙的开与闭,或是平坦还不确定,所以提出了以上三种模型,《时间简史》的第三章里讲的非常明白：
虽然弗利德曼只找到一个模型,其实满足他的两个基本假设的共有三种模型.在第一种模型（即弗利德曼找到的）中,宇宙膨胀得足够慢,以至于在不同星系之间的引力使膨胀变慢下来,并最终使之停止.然后星系开始相互靠近,宇宙开始收缩.图3.2表示随时间增加两个邻近的星系的距离的变化.刚开始时距离为零,接着它增长到最大值,然后又减小到零；在第二类解中,宇宙膨胀得如此之快,以至于引力虽然能使之缓慢一些,却永远不能使之停止.图3.3表示此模型中的邻近星系的距离随时间的变化.刚开始时距离为零,最后星系以稳恒的速度相互离开；最后,还有第三类解,宇宙的膨胀快到足以刚好避免坍缩.正如图3.4所示,星系的距离从零开始,然后永远增大.然而,虽然星系分开的速度永远不会变为零,这速度却越变越小.
第一类弗利德曼模型的奇异特点是,宇宙在空间上不是无限的,并且是没有边界的.引力是如此之强,以至于空间被折弯而又绕回到自身,使之相当像地球的表面.如果一个人在地球的表面上沿着一定的方向不停地旅行,他将永远不会遇到一个不可超越的障碍或从边缘掉下去,而是最终走到他出发的那一点.第一类弗利德曼模型中的空间正与此非常相像,只不过地球表面是二维的,而它是三维的罢了.第四维时间的范围也是有限的,然而它像一根有两个端点或边界即开端和终端的线.以后我们会看到,当人们将广义相对论和量子力学的测不准原理结合在一起时,就可能使空间和时间都成为有限的、但却没有任何边缘或边界.
一个人绕宇宙一周最终可回到出发点的思想是科学幻想的好题材,但实际上它并没有多大意义.因为可以指出,一个人还没来得及绕回一圈,宇宙已经坍缩到了零尺度.你必须旅行得比光波还快,才能在宇宙终结之前绕回到你的出发点——而这是不允许的!
在第一类弗利德曼模型中,宇宙膨胀后又坍缩,空间如同地球表面那样,弯曲后又折回到自己.在第二类永远膨胀的模型中,空间以另外的方式弯曲,如同一个马鞍面.所以,在这种情形下空间是无限的.最后,在第三类刚好以临界速率膨胀的弗利德曼模型中,空间是平坦的（所以也是无限的）.
但是究竟可用何种弗利德曼模型来描述我们的宇宙呢?宇宙最终会停止膨胀并开始收缩或将永远膨胀吗?要回答这个问题,我们必须知道现在的宇宙膨胀速度和它现在的平均密度.如果密度比一个由膨胀率决定的某临界值还小,则引力太弱不足于将膨胀停住；如果密度比这临界值大,则引力会在未来的某一时刻将膨胀停止并使宇宙坍缩.
虽然弗利德曼只找到一个模型,其实满足他的两个基本假设的共有三种模型.在第一种模型（即弗利德曼找到的）中,宇宙膨胀得足够慢,以至于在不同星系之间的引力使膨胀变慢下来,并最终使之停止.然后星系开始相互靠近,宇宙开始收缩.图3.2表示随时间增加两个邻近的星系的距离的变化.刚开始时距离为零,接着它增长到最大值,然后又减小到零；在第二类解中,宇宙膨胀得如此之快,以至于引力虽然能使之缓慢一些,却永远不能使之停止.图3.3表示此模型中的邻近星系的距离随时间的变化.刚开始时距离为零,最后星系以稳恒的速度相互离开；最后,还有第三类解,宇宙的膨胀快到足以刚好避免坍缩.正如图3.4所示,星系的距离从零开始,然后永远增大.然而,虽然星系分开的速度永远不会变为零,这速度却越变越小.
第一类弗利德曼模型的奇异特点是,宇宙在空间上不是无限的,并且是没有边界的.引力是如此之强,以至于空间被折弯而又绕回到自身,使之相当像地球的表面.如果一个人在地球的表面上沿着一定的方向不停地旅行,他将永远不会遇到一个不可超越的障碍或从边缘掉下去,而是最终走到他出发的那一点.第一类弗利德曼模型中的空间正与此非常相像,只不过地球表面是二维的,而它是三维的罢了.第四维时间的范围也是有限的,然而它像一根有两个端点或边界即开端和终端的线.以后我们会看到,当人们将广义相对论和量子力学的测不准原理结合在一起时,就可能使空间和时间都成为有限的、但却没有任何边缘或边界.
一个人绕宇宙一周最终可回到出发点的思想是科学幻想的好题材,但实际上它并没有多大意义.因为可以指出,一个人还没来得及绕回一圈,宇宙已经坍缩到了零尺度.你必须旅行得比光波还快,才能在宇宙终结之前绕回到你的出发点——而这是不允许的!
在第一类弗利德曼模型中,宇宙膨胀后又坍缩,空间如同地球表面那样,弯曲后又折回到自己.在第二类永远膨胀的模型中,空间以另外的方式弯曲,如同一个马鞍面.所以,在这种情形下空间是无限的.最后,在第三类刚好以临界速率膨胀的弗利德曼模型中,空间是平坦的（所以也是无限的）.
但是究竟可用何种弗利德曼模型来描述我们的宇宙呢?宇宙最终会停止膨胀并开始收缩或将永远膨胀吗?要回答这个问题,我们必须知道现在的宇宙膨胀速度和它现在的平均密度.如果密度比一个由膨胀率决定的某临界值还小,则引力太弱不足于将膨胀停住；如果密度比这临界值大,则引力会在未来的某一时刻将膨胀停止并使宇宙坍缩.