完整的宇宙到底有多大?科学家:宇宙可能不存在边界也并非唯一

【菜科解读】
此前,美国宇航局在其官网发布第韦伯望远镜的第一批照片,这张照片向我们展示了46亿光年之外的美丽星系。
当你把图片上每一个闪烁的小星点儿放大之后,你就会发现它们其实是一个巨大的星系。
因此我们很难确定,在这张图片中到底包含了多少个星系,而其中又有多少闪耀的太阳。
韦伯望远镜拍摄的星系
许多人看到这张照片的第一感觉就是,宇宙实在是太大了,而我们与之相比真的就是“沧海一粟”。
也有许多人在这之下讨论起了宇宙的大小,那么完整的宇宙到底有多大呢?科学家表示,人们可能看不到宇宙的边界。
观测宇宙学的诞生其实从人类文明发展的时间,和身体结构来看,我们想要观测和理解宇宙是非常费劲儿的,并且这对我们来说似乎也没什么意义。
毕竟只要太阳正常升起,宇宙的谜题是否解开,都不会影响到普通人的生活。
太阳升起
但是人类和其他生物最明显的差异就在于,我们有着多少盆冷水都无法浇灭的好奇心,所以甭管有没有意义,先一头扎进去探索再说。
就这样,人类从首次抬头仰望星空,开始一步步地走向“宇宙深处”。
对于宇宙到底有多大,又是什么样的问题,自人类首次发问以来,其实已经出现了诸多答案了。
不管是中国的“宇之表无极,宙之端无穷”还是“日心说”,人类的认知在找到更多原因之后,渐渐地清晰了起来。
当观测宇宙学诞生之后,人类对宇宙的认知到达了一个新的高度。
哥白尼与日心说
就这样,人类看到了更多有关于宇宙的细节,发现原来宇宙可能真的是无边无际的。
更主要的是,宇宙原来从未“静止”,它一直处在膨胀当中。
这就是大家非常熟悉的哈勃定律,哈勃定律证明了宇宙处在膨胀当中的现状,被科学家们认为开创了现代观测宇宙学。
哈勃红移
为何哈勃定律显得如此主要呢?因为人们通过它发现了宇宙微波背景辐射,而这次发现常常被称作为看到了“上帝的脸”。
在这种情况下,我们得到了宇宙的大小,其半径大概是460亿光年,而它的边界也常常被说成是宇宙的边界。
宇宙微波背景辐射图
需要注意的是,这里所说的宇宙大小指的是可观测宇宙大小,是我们借助光观察到的范围。
而咱们在前文中也说了,哈勃定律证明了宇宙依旧处于膨胀当中,而这个膨胀的速度是超越光速存在的,所以我们看到的并非是完整的宇宙。
伊利诺伊大学的物理学教授杰西·谢尔顿表示,“从某种意义上讲,所谓宇宙的边界,就是当最古老的光线到达我们这里时,我们眼中所看到的景象。
”
宇宙膨胀的速度超越了光速
说到这儿大家就明白了,不论光跑得再快,都无法抵达真正的边界,因为这个边界也一直在扩大。
因此,完整的宇宙到底是怎样的,没有人知道。
此外,在绝大多数科学家看来,宇宙应该是没有边界的。
宇宙是没有边界的在我们的眼中,任何的事情都是有始有终的,就像宇宙从爆炸中诞生,后来又会以我们不曾知晓的方式消亡。
同理,宇宙也应该是有固定范围的,因为“无边无际”这个概念实在是太模糊了,咱们无法想象。
宇宙的范围无人知晓
因此许多时候,大家会想象宇宙边界的模样,思考它会不会是一条边界线。
可是科学家经过研究和探索发现,宇宙实际上并不存在边界,我们现在看到的边界只是可观测宇宙的。
至于可观测宇宙之外,可能依旧有着大量的天体,和我们现在看到的宇宙空间差不多。
我们看到的只是可观测宇宙
为了能够方便人们的理解,科学家还将宇宙的形状形容成了甜甜圈的表面,表示宇宙可能就是个甜甜圈,没有所谓的边界。
这意味着,我们站在从宇宙的一端开始走,只要走得够久,总有概率能回到原点。
宇宙的形状可能像甜甜圈
这样来看,不论是宇宙膨胀的速度还是宇宙本身的特性,都告诉人们不管借助什么都无法看到宇宙的边界。
就算日后我们有能力造出速度超越宇宙膨胀速度的飞行器,真正抵达了所谓的宇宙边界之外,看到的景象可能也与宇宙之内所差无几。
但是这一结论也不会让科学家感到沮丧,因为以宇宙的尺度来说,它的边界本就是人类“可望不可即”的地方。
我们的好奇心虽然十分旺盛,但是也明白自己的科技发展还是不足,所以目前大家更希望的是,人类能在百年之内,努力一下飞出太阳系,去看看银河系是否真的那样广袤。
飞出太阳系
值得一提的是,在见识到了宇宙的广阔以及大爆炸理论愈加令人们信服之后,部分科学家提出了另一个想法,即宇宙会不会也如同星系一样,有着“千千万万”个。
宇宙可能也并非唯一当回溯人类探索宇宙的古代就能发现,最初我们也以为脚下的一亩三分地就是整个宇宙,可是后来的种种发现显示,人类未免太自视过高了。
所以如果宇宙真的诞生于一场爆炸,又如何能确定爆炸的过程中不会炸出无数个宇宙呢?
宇宙大爆炸
所以在膨胀理论之下,诞生了一种全新的说法那就是多元宇宙。
科学家认为在永恒膨胀的形式当中,新宇宙就会像雨后春笋一般诞生。
或者形象点来说,创造宇宙的那个存在就像是一个泡泡机,它一直都在向外吐泡泡,而这些泡泡拥挤在一个非常大的空间当中,成为了多宇宙海洋。
膨胀中的新宇宙随时间推移增多
而这种理论就是多元宇宙论,或者大家也可以将其当成平行宇宙论。
在该理论的说法当中,各个宇宙的边界也许是相互嵌套的,因为空间内的泡泡太多了,肯定会发生接触。
在嵌套的作用下,你以为的边界,其实是另一个宇宙的领地。
大家可能会想,原来宇宙也会“俄罗斯套娃”。
相互嵌套的宇宙泡泡
需要注意的是,虽然多元宇宙理论经常被人们提起,并且在不少科幻作品当中都已经实现了。
但是在科学界,多元宇宙论依旧是一个尚未证实的理论。
想要证实它,人类还有相当漫长的路要走。
比如亚利桑那大学的保罗·戴维斯,就曾在《纽约时报》上做过这样的评价,“援引无数看不见的宇宙来解释我们看到的不寻常特征,就跟援引一个看不见的造物主一样特别。
”
宇宙的造物主
如果宇宙的大小无法判断,那宇宙的未来呢?宇宙会像科学家现在所发现的那样,永无止境地膨胀下去吗?
宇宙的未来不论我们的宇宙是否是唯一的,它在未来发生任何变化都会对我们造成影响。
所以人们一直都很好奇,宇宙的未来到底是怎样的,如果说万事万物都有始有终,宇宙诞生的起点是奇点,那么它的终点又是什么呢?
宇宙的终点可能是死寂
科学家认为,未来的宇宙可能会面临三种情况。
第一种就是引力占据了上风,在引力的作用下,膨胀将会停止,而膨胀停止后不意味着宇宙就步入静止阶段了,因为此时它可能开始疯狂的收缩,最终变成所谓的“闭宇宙”。
第二种情况就是宇宙会在未来,不断地膨胀收缩,重复这个过程,在这个过程当中宇宙的各个部分都会经历反复的振荡,所以也有科学家称其为振荡宇宙。
宇宙未来可能会加速膨胀
第三种情况则认为宇宙就是会一直的膨胀下去,因为从哈勃的线性关系来看,宇宙的膨胀不会因为何而停止,并且其速度还有可能不断加快。
如果真的是这样,那我们的宇宙最终将会变为“开放式宇宙”。
超正方体存在吗?超正方体画四维空间产物
超正方体其实就是凸正多胞体中的正八胞体,是四维空间中立方体的类比,4-4边形柱,有8个立方体胞。
超立方体没有角度概念,但是任何一个顶点达到相邻顶点的距离都是相等的。
这和正六百胞体十分相似。
就像人们能从三维图形在二维的投影,想象出三维空间的形状一样,我们也可以通过四维方体在三维空间的投影,想象四维方体的具体外形。
由此就延伸出了施莱格尔投影的概念。
超正方体怎么画 投影分类施莱格尔投影:其实就是四维图形在三维的投影,通过这一投影,就能看出超正方体有8个胞体,24个面,32条棱和16个顶点。
四维方体并不好想象,所以你可以理解为三维物体是直接投影在视网膜上,但是四维物体是只能先投影成三维,在通过一次投影才能出现在视网膜上。
球极投影:就是将超立方体的每个表面都膨胀一定的时间,就得到了一个超球,而球极投影就是我们置身于超球中所看到的景象。
二维线架正投影:这也是我们最容易画出来的一种超正方体投影,因为这是比三维还低的二维面上的超正方体的正投影,依照图上的相邻的两个角都是45度,一个点一个点的画,还是很简单的。
超正方体的展开图如果还不好理解,我们可以像研究三维图形一样,做出超正方体的展开图,虽然看上去很困难,因为我们怎么也不能想象着八个立方体要这怎么转才能合成一个超正方体,这就好像二维不懂三维图形一样。
超正方体是正八胞体,所以与正十六胞体有着相互的联系,只要将正八胞体每个正方体的中心,作出所在正方体的正方形面垂线,就能得到一个正十六胞体。
结语:虽然超正方体对于三维空间的人很难理解,但是在数学中也是真实存在的,我们要向画出超正方体,只能通过投影的方式,才能在三维中呈现。
近藤效应?近藤效应的形成原因
近藤现象其实早在1930年就被日本物理学家近藤淳所发现,一般来说电阻会随着温度的降低而降低,但是近藤效应却在电阻达到开尔文零度时出现了上升,而导致电阻增加的最根本原因,就是磁性原子和传导电子之间的多次散射过程,下面就跟着小编一起来看看近藤效应是什么吧!近藤效应是什么?其实简单来说近藤效应就是含有极少量磁性杂质的晶态金属,在低温情况下所出现的一种电阻极小的现象。
近藤现象其实早在1930年就被日本物理学家近藤淳所发现,实验中的一些掺杂磁性粒子的非磁性金属的电阻,会在低温下出现极小值,比如掺杂锰,铁等稀固熔体的金属铜。
但是当时按照通常的电阻理论,很难正确解释近藤效应的发生,因为稀固熔体的电阻是随着温度的下降而下降的,最后会趋向于杂质散射的剩余电阻,但是近藤效应却正好相反,在温度趋近于零度开尔文时,反而电阻增加了,所以直到30多年后,也就是1964年,近藤淳才对这一效应做出了完美的解释,近藤效应也因此得名。
近藤效应是怎么形成的?近藤淳指出电阻极小值其实和杂质原子局域磁矩有关,磁性原子和传导电子之间的多次散射过程,是导致电阻增加的最根本原因,所以近藤提出在一定条件下,由于交换散射而引起的电阻率是随着温度的下降而变大的。
近藤效应是日本科学家近四十年来首次发现的物理现象,对于研究分子运输提供了很大的帮助,而且近藤效应也是物理学中第一个渐进自由的例子,可以说这一新发现在物理学上对单个磁性分子的研究有巨大的推动作用。
近藤效应的应用近藤效应在分子运输领域有很大的研究价值,比如近藤绝缘体就是其中一种,它又被叫做重费米子半导体,是一种新发现的金属性化合物中具有异常大电子的半导体,它的最大特征就是低温比热容和超声吸收等。
结语:与康普顿效应和费米子不同,近藤效应虽然三十年后才被正确解释,但是通过科学家们不懈的努力,还是清楚的了解了这一神奇的现象。