宇宙到底有多大?就算人类1秒飞1光年,要抵达边缘也绝不可能

星空承载梦想 2023-11-28 08:31:30
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现代科学认为我们的地球诞生于46亿年前,也就是太阳系诞生初期,在大约50亿年前,太阳系一片混乱,太阳诞生以后吸收了周围大量的物质,所以太阳的质量占到了太阳系总质量的百分之99.86,剩下的八大行星和其它物质占到了太阳系总质量的百分之0.14,从占比上我们就能够看出,太阳的质量是非常大的,根据科学家的研究得出,太阳系一共有八大行星,它们分别是水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星和海王星,在海王星的外面还有一颗冥王星,曾经冥王星也属于一颗行星,但是后来科学家认为冥王星的体积和质量都太小了,于是将它踢出了行星的行列,在太阳系的八大行星当中,地球是唯一一颗诞生了生命的星球,生命的出现给地球增添了很多色彩,尤其是人类出现以后,解开了地球上很多的奥秘。

通过科学家的研究得出,光速是宇宙中最快的飞行速度,光速大约是每秒30万公里,这个速度已经超出了人类的想象,要知道现在人类的飞行速度连光速的百分之一都达不到,如果我们能够按照光速来飞行,从地球到月球只需要2秒左右,看到这里,相信很多朋友都会产生一个疑问,就是光速如此之快,人类是如何将光速计算出来的?在17世纪之前,人类一直都认为速度是无限的,开普勒和笛卡尔也对此深信不疑,当时伽利略却提出了不同的观点,伽利略认为,光的速度虽然很快,但也是有限的,并且是能够测量出来的,为了证实自己的猜想,1607年,伽利略设计了世界上第一个测量光速的实验。他让A、B两个人分别站在相距1.5千米的两座山的山顶,想利用两个山头看到灯光的时间差来测算光速。但由于间隔的时间太短了,根本无法精确测出。

最终,伽利略的实验以失败告终,但他却开启了人类测量光速的真理之门,天文学家罗默是继伽利略之后第一个测量光速的人,在1676年的时候,丹麦科学家罗默对木星的这颗卫星进行了长期观察,他发现实际看到卫星蚀的时间都比推算的时间要晚了十几分钟,他认为,这是因为地球和木星的距离在逐渐增大,所以光传到地球的时间也相应延长了,所以罗默推断,光的速度是有限的,他还算出,光走过和地球轨道半径等长的距离所需要的时间大约是11分钟,罗默预言,原本应该在1676年11月9日上午5时25分45秒发生的木卫蚀将推迟10分钟。最终结果验证了罗默的猜测,当时计算出来的光速大约是每秒21万公里,不过这个光速数值明显和我们现在的光速数值是有差距的。

后来迈克尔逊从1879年开始就从事光速的测量研究,直到1926年持续了50年,他总结了前人的不足,设计出了旋转八面棱镜法来测量光速,在“旋转八面棱镜法”中,迈克尔逊用一个正八面钢制棱镜代替了旋转镜法中的旋转平面镜,从而延长了光的路线;用精确测定的棱镜转速代替了齿轮法中的齿轮转速,从而减小了时间测量的误差。在这个实验中,迈克尔逊计算出光的速度是299796km/s,这在当时被认为是最精确的记录,而迈克尔逊也因此成为了1907年诺贝尔物理学奖的获得者。目前光速大约是每秒30万公里,而这个数值是不变的,为什么光速能够保持不变呢?在1887年,迈克尔逊和莫雷在美国克里夫兰的卡思应用科学学校进行了光速实验。

通过实验他们发现光的一个奇特的性质,无论测量者发生什么变化,或者光源发生什么变化,光速始终保持不变,当时爱因斯坦表示:以太是根本不存在的,光速相对于任何参考系都是不变的,根据爱因斯坦的理论得出,如果在一个参考系中,一个事件的传递速度超过了光速就会导致观察者先看到结果,然后才看到原因。所以超光速的运动会违背因果律,毕竟在这个世界上,不可能有绝对同时发生的两件事情。这样我们就能完美的解释超光速现象了,宇宙膨胀的速度远大于光速,但是空间本身的膨胀是不携带信息的,量子纠缠效应也是。光速不可超越,具有一定的前提,超光速也并非不存在。速度是物体在空间中随着时间移动的度量单位,光速也一样,爱因斯坦的时空观发现空间和时间可以协同工作,相互变化,以保证光速的恒定不变!

所以不管光源移动多快,当你测量光速时,空间和时间相互协调,使光速总保持在30万公里每秒!为了保证光的绝对性质,时间不是绝对不变的,空间也不是绝对不变的,并且空间和时间会以一种特殊的机制相互协调,相互影响,相互配合!这一切都是为了保证光速恒定,这是自然的法则!虽然对于我们来说光速非常快,但是面对浩瀚的宇宙,光速依然显得很慢,距离我们最近的恒星是比邻星,大约有4.2光年,以光速飞行,从地球到达比邻星也需要4年左右的时间,从地球到银河系中心大约需要2.6万年,从地球到可观测宇宙的边缘大约需要465亿年,看到这些数据之后,你还会觉得光速很快吗?如果说我们乘坐一艘每秒一光年的飞船,是否能够抵达宇宙的边缘。

假设我们的飞船从地球出发,以每秒一光年的速度向外飞行,那么只需要一秒钟的时间,我们就能够到达太阳系的边缘,太阳系的边缘就是奥尔特星云,曾经在46年前,科学家向太阳系外发射了旅行者1号和2号探测器,发射这两个探测器的主要目的就是让它们飞出太阳系,探索太阳系之外的奥秘,不过这么多年过去了,旅行者1号和2号探测器还没有飞出太阳系,科学家经过计算得出,按照旅行者1号和2号的飞行速度,想要完全飞出太阳系,至少需要上万年的时间,对于人类来说,上万年的时间实在是太漫长了,所以人类的飞行速度和光速相比还差的很远,只要我们能够飞出奥尔特星云,那么人类就算是飞出了太阳系。在这里,我们能够看到一些太阳系最遥远的天体。

如果我们继续航行,经过7小时之后,我们就能够达到银河系的中心,银河系的直径达到了10万光年,也就是说,以光速飞行,从一端到另一端需要10万年左右的时间,在银河系的中心区域,有一颗超大质量的黑洞,这个黑洞被称为是人马座A*,它是银河系的引力中心,也是银河系最亮的射电源,在黑洞的周围,有着密集的恒星和星团,它们正在以非常快的速度围绕黑洞旋转,并且形成了一个巨大的旋转盘,整个银河系都在围绕这颗黑洞转动,这说明这颗黑洞的引力是非常巨大的,在银河系中,大约存在1000亿到4000亿颗恒星,400亿到1000亿颗行星,在如此多的行星和恒星当中,地球只是其中一颗。而且我们的太阳系还处于银河系的贫瘠区域,为什么这么说呢?

虽然银河系的天体数量很多,但是它们的分布并不是均匀的,在距离银河系中心1秒差距的核心区域,恒星的密度就达到了每立方光年28.9万颗,当距离增加在40秒的差距时,恒星的密度就下降到了288颗每立方光年,当距离增加到100秒差距时,恒星的密度就只有2.9颗立方光年,在太阳系的这片区域内,恒星的密度下降到了0.004颗立方光年,这说明太阳系周围的天体数量是非常少的,不过对于地球生命来说这也是有好处的。因为在宇宙中,超新星冲击波、伽玛射线暴等,都是非常危险的,如果他们击中地球,那么将会给地球带来毁灭性的打击。所以太阳系的这个位置也是很不错的,飞出银河系,我们基本上就到达了本星系群,本星系群是由50多个星系组成的一个星系团,它的直径大约是1000万光年。

本星系群的主要成员有两个,一个是我们熟知的银河系,还有一个是仙女座星系,这两个星系之间大约存在220万光年,在这两个星系之间,还有一些小型星系,比如说小麦哲伦云和三角洲星系等等,而最让人关注的就是银河系和仙女座星系,根据科学家的研究发现,这两个星系在37亿年之后将会相撞在一起,不过有一些科学家发现,这两个星系已经有重合的迹象了,这是因为星系除了包含行星和恒星,在星系的外围,还有大量的气体云物质,这些组成了星系的星晕,它们结构稀疏面积广大,而仙女座的星晕竟然高达200万光年,银河系的星晕虽然小些,局部也达到100w光年,可以说,星女系和银河系在50万光年内,两个星系的星晕已经发生碰撞。

其实这也是星系演化的必经之路。就拿我们的家园银河系来说,它也不是一开始就这么大,在它的发展过程中,吞并了很多相邻的其他星系,才日渐有了今天的规模,成了本星系群第二大的星系,直到现在,围绕银河系旋转的卫星星系人马座星系,每时每刻都会掉落一些恒星,被银河系吃掉。在不久的未来,银河系也会逐渐吞噬掉人马座星系和麦哲伦星系,成为一个规模更大的星系。不过这两个星系碰撞对于我们来说并不存在危险,因为恒星之间的距离非常遥远,即使两个星系融合在一起,那么恒星之间的距离也是很远的,当我们飞出本星系群之后,我们就来到了室女座超星系团。室女座超星系团的直径大约是1.2亿光年,里面包含了20000个星系,这仅仅是宇宙中大小和星系数量中等的超星系团。

它其中包含了100个星系,4.7万个星系,我们的银河系和它相比,简直就是小巫见大巫,不要以为室女座超星系团就是宇宙中最大的结构了,比室女座超星系团更大的宇宙结构是拉尼亚凯亚超星系团,拉尼亚凯亚超星系团里面存在超过10万个星系,而超星系团本身的直径能够达到5.2亿光年,不仅如此拉尼亚凯亚超星系团本身的质量也是非常惊人的,如果将拉尼亚凯亚超星系团和银河系相比,那么它的质量将是银河系的10万倍,在拉尼亚凯亚超星系团的内部,存在着超过300到500个星系团以及星系群,对于人类来说,拉尼亚凯亚超星系团的浩瀚我们根本无法想象。根据韦伯望远镜的观测结果来看,拉尼亚凯亚超星系团这种结构,是宇宙中若干个宇宙长城之间的节点。

而宇宙长城构成的宇宙纤维结构,就是可观测宇宙内最大的基本结构,所有的星系都在纤维上面缓慢的运动,至于宇宙中的空洞,可能隐藏着宇宙中的奥秘。在拉尼亚凯亚超星系团外面,还存在更大的星系团结构,如果说我们一直以光速在宇宙中飞行下去,是不是就能够达到宇宙的边缘?目前人类能够观测到的宇宙直径达到了930亿光年,而这仅仅是我们能够看到的宇宙直径,并不是宇宙的全部范围,宇宙或许比我们想象的还要大,宇宙到底有多大?目前科学家也无法给出准确的答案,不过现在科学家已经知道,我们的宇宙正在不断的膨胀当中,一直以来科学家都认为我们的宇宙是静态的,这个想法一直持续到1917年,当时爱因斯坦利用广义相对论提出了静态宇宙模型,最终得出了一个叫做爱因斯坦场方程。

通过这个方程,他最终计算出一个有限、无界、静态的宇宙模型,爱因斯坦将宇宙理解为静态的原因实际上并不是完全的遵守他自己的广义相对论算出来的,而他本人跟随着前人的观点认为宇宙的存在必然是静态的,毕竟在那个时候人类眼中的恒星是不会动的,爱因斯坦当时为了使他自己通过广义相对论演变而来的爱因斯坦场方程计算出来的宇宙成为一个静态宇宙,他就在这个方程里面加入了一个修正项进去,而这个修正项名为宇宙项。加入修正项后,他的爱因斯坦场方程计算出来的宇宙变得安静了,当时爱因斯坦认为自己已经完美的解决了静态宇宙的秘密,后来宇宙膨胀理论出现之后,彻底推翻了爱因斯坦的静态宇宙模型。

很多人都认为哈勃是最早发现宇宙膨胀的科学家,其实勒梅特要比哈勃发现宇宙膨胀还要早,勒梅特是比利时天主教神父、天文学家及天主教鲁汶大学物理学教授。他提出了宇宙膨胀的理论,其贡献在很大程度上被张冠李戴到了美国天文学家埃德温•哈勃的头上。他是第一位推导出“哈勃定律”的人,率先估算了“哈勃常数”的大小,其论文发表于1927年,比哈勃的论文早两年。勒梅特还提出了宇宙起源的大爆炸(big bang)理论,他本人称之为“太古原子(primeval atom)假说”或“宇宙之卵(cosmic egg)假说”。当年勒梅特发现了爱因斯坦广义相对论方程的一个严格解,并且就此推导出后来被称为是哈勃定律的方程,即星系退行的速度正比于它和我们之间的距离,而相应的比例系数,就是著名的哈勃常数。

当时他利用维斯托.斯莱弗观察的星系退行速度数据和哈勃发表的星系距离数据,得出两者的比例大约等于每秒每百万秒差距625千米,他在论文中指出,观测数据的精度不足以验证他所发现的星系退行速度与距离之间的线性正比关系,两年之后,哈勃发表了题为“河外星云中距离与径向速度之间的关系”的论文,哈勃利用更加精确的观测数据确立了哈勃定律的有效性,并计算出哈勃常数的数值,大约是每秒每百万差距500千米,1912年罗威尔天文台科学家维斯托.斯里弗获得了第一批漩涡星云和之后被识别为其它星系的光谱,斯里弗发现,大部分漩涡星云光谱的谱线向长波方向位移,它们的红移意味着正在远离我们,在1929年,哈勃发表了里程碑式的论文,描述了他发现的初步结果。

哈勃发现星系的红移随着距离的增加而显著增加,所有的星系看上去都远离我们,越远的速度越快,这一观测结果暗示了可观测宇宙的体积正在膨胀,这就是哈勃定律,这个定律指出,星系的移动速度和它们到地球的距离成正比,这一发现表面宇宙在膨胀,而不是静止不变的。当时远在德国的爱因斯坦听到这个消息之后,马上前往美国,亲自确认了这个事实,并因此而修正了广义相对论中的宇宙常数项,宇宙膨胀的理论不仅仅打破了人类的传统认知,而且也让科学家对宇宙有了新的认识,在2018年10月国际天文联合会决定将哈勃定律更名为哈勃–勒梅特定律,以纪念更早发现宇宙膨胀的比利时天文学家乔治·勒梅特。其实宇宙膨胀对于人类来说并不是一件好消息。

如果说我们的宇宙一直膨胀下去,那么我们或许永远都无法找到宇宙的边缘,目前宇宙膨胀的速度已经远远超过了光速,科学家认为,在宇宙大爆炸的一瞬间,宇宙经历了一个快速膨胀阶段,这个阶段叫做暴涨,暴涨的原因可能是因为暗物质所产生的,暗物质是一种看不见、摸不着的神秘物质,科学家认为,在我们的宇宙中应该存在这样这种物质,它不会和其它任何物质发生化学反应,所以我们看不见也摸不着它,但是它能够释放出一种巨大的能量,这股能量会推动宇宙不断的膨胀,暗能量占据了宇宙中大约70%的能量密度,是宇宙膨胀的主要驱动力。最早提出暗物质可能存在的是天文学家雅克布斯·卡普坦(Jacobus Kapteyn),他于1922年提出可以通过研究天体系统的动力学性质,间接推断出星体周围可能存在的不可见物质。

1933年,天体物理学家福瑞兹·兹威基(Fritz Zwicky)利用光谱红移测量了科玛星系团(Coma Cluster)中各个星系相对于星系团的运动速度,结合维里定理(Viral Theory),兹威基发现星系团中星系的速度弥散度远远高于理论预言,仅靠星系团中可见星系的质量产生的引力是无法将其束缚在星系团内的,因此星系团中应该存在大量的不可见物质,即暗物质,其质量至少是可见星系的百倍以上。辛克莱尔·史密斯(Sinclair Smith)在1936年对室女星系团(Virgo Cluster)的观测也支持这一结论。 不过这一突破性的结论在当时未能引起学术界的重视。为了寻找暗物质,很多国家都建立了自己的实验基地,目的就是捕捉宇宙中的暗物质,我国在四川也建立了自己的暗物质基地。

但是这么多年过去了,科学家并没有在宇宙中发现暗物质,这说明暗物质比我们想象的还要神秘,既然光速都无法到达宇宙的边缘,那么是不是人类永远都无法飞到宇宙的尽头?为此科学家们也想了很多办法,科学家认为,虫洞穿梭是一种能够快速到达宇宙边缘的方法,虫洞是基于广义相对论提出的一个概念,指的是当时空弯曲到极限程度时,可以将两个原本距离极其遥远的点连接在一起,实现宇宙穿梭。虫洞又常被叫做时空洞,实际上时空洞是更恰当的名字,奥地利物理学家路德维希·弗莱姆于1916年首次提出虫洞的概念,到了1930年的时候,爱因斯坦及纳森·罗森在研究引力场方程时认为透过虫洞可以做瞬时的空间转移或者做时间旅行。于是爱因斯坦在引力场方程中系统的完善了该理论,天文学上又因此将虫洞称之为爱因斯坦-罗森桥。

一般来说虫洞就是宇宙中可能存在的连接两个不同时空的狭窄隧道,或者说是连接宇宙遥远区域间的时空细管,它是由黑洞等星体引力场对时空的扭曲作用达到了极点产生的,就好像将一张纸扎个窟窿,那么这个窟窿就可以连接纸的两面。虫洞被认为是有时空的扭曲作用形成的,我们也可以这样理解,就是不断搅动水缸里的水,就会在水面中间产生一个漩涡,本来水缸中下部的水很难接触到水面,但是由于漩涡的存在,那里的事物也可以接触到漩涡中水的表面。而我们如果往水缸中投一个石子的话,本来石子需要透过水面渐渐沉入缸底,但是如果把石子投入漩涡中的话,它就可以直接到达缸底了。所以虫洞被科学家看作是能够穿越时空的隧道。

如果说科学家能够找到虫洞,那么我们飞到宇宙的边缘也是有可能的,但是到目前为止,科学家在宇宙中只发现了黑洞,并没有发现白洞和虫洞,对于人类来说,虫洞的确是非常令人着迷的,这是目前理论中最有可能帮助人类实现星际穿越的一种途径。在被光速所限制的宇宙中,如果能够利用虫洞,那么人类的脚步就可以遍及宇宙的各个角落,探索宇宙的秘密。而虫洞的意义,远不止于这一点。虽然人类现在作为地球上最有智慧的生命,人类的科技在不断的进步和发展,但是人类对宇宙的了解还是非常少的,对于宇宙的本质,科学家现在都不清楚,宇宙到底是不是由大爆炸所产生的?目前科学家也在积极的研究和探索当中。

小编认为,宇宙远比我们想象的还要神秘,我们所看到的宇宙,可能只是冰山一角,真正的宇宙是什么样子的?我们并不知道,不过人类作为地球上最有智慧的生命,从诞生以后,人类就开始不断的研究和探索世界的奥秘,人类能够在短短几千年的时间内,站到地球食物链的顶端,这说明人类科技发展的速度很快,只要人类能够坚持不懈的努力下去,未来随着人类科技的进步,人类一定能够解开宇宙的奥秘,小编希望人类能够早日实现自己的梦想,对此,大家有什么想说的吗?

9 阅读:3456
评论列表
  • 2023-11-28 13:56

    宇宙绝不会是138亿年前才刚诞生的,也绝不会仅仅是目前人类可观测到的930亿光年那么大!真正广义的宇宙(十方世界),在时间上是前前无始、后后无终,在空间上是无量无边、无限广阔!在时空上,都是无量的无量,无有穷尽! 无论未来的人类科学再怎么发达,乃至发明出比哈勃望远镜先进亿万倍的天文望远镜,也绝无可能准确观测和知晓宇宙究竟有多大!因为真正的宇宙是无限大的!能观测全吗?绝无可能!而在138亿年以前,难道宇宙及其包含的无量世界及其万物就都没诞生、没出现吗?更不可能啦! 在真正广义的宇宙(十方世界)面前,138亿年的时间可能仅相当于宇宙无始以来的短短一瞬间,而930亿光年的空间也可能仅如浩瀚无边太空中的一微尘而已! 不要试图探究宇宙究竟有多大、多久远!真正广义的宇宙(十方世界)是无量无边无限广大、无始无终无穷久远!人类的所谓现代科学恐怕是永远也不可能找到答案的!

    好想有个家 回复:
    是因为我们身处小宇宙,大宇宙每个位置都各向异性地膨胀,那些以超光速膨胀的区域就形成小宇宙,小宇宙孕育出来的生命最多也只能看到本宇宙的可观测范围,小宇宙是无法感知其他小宇宙的,因为小宇宙边缘以超光速膨胀。所以我们的宇宙外面还是宇宙,大宇宙又有无穷多个比我们的小宇宙还大的小宇宙
  • 2023-12-02 21:54

    宇宙本不存在,现在说的宇宙只能说是星际空间。佛说的空,大约可以理解为宇宙就是空间,星际之外还是空间。也就是说一直往前,什么也没有。

  • 2023-12-03 05:07

    大家有没有发现这种现像,现在只能在白天看到太阳,夜晚就看不见了

  • 2023-12-04 07:39

    当你了解了什么才是宇宙,这一切都不在话下!!!无限宇宙才是我们更需要了解的!!!在那里完全是“跨宇宙幻速”!!!!!!

  • 2023-11-29 13:03

    宇宙的尽头是神棍!

  • LEO 4
    2023-12-03 17:02

    哈哈,宇宙是我让上帝造出来的,你们相信吗?

  • 2023-12-04 02:24

    数据乱七八糟,一坨狗屎

  • 2023-11-30 09:58

    一切都是猜想

  • 2023-11-28 09:47

    无边无际

  • 2023-11-29 06:53

    宇宙有边缘吗,不是说无边无际吗?

  • 2023-12-03 20:01

    宇宙是无限的[墨镜][墨镜][墨镜][墨镜]

  • 2023-12-03 01:07

    个人觉得,宇宙是有限无界而且多维度的,我们明明向前看,只要距离足够远却是看到自己的背后,就像我们在地球上,地球面积有限,但人们永远也走不到边界,只要一直往前走,最终又会回到起点,人们认为以知最小的物质实际上就是一个浩瀚宇宙,而我们所认知的宇宙也许就只是个小到看不见的细胞,时间也一样,过去就是未来未来也是过去,所有的一切都在不停的循环,以上纯属个人臆想切勿嘲讽击刺

  • 2023-12-03 21:49

    宇宙的尽头是在上下还是前后左右?

  • Dong 1
    2023-12-05 04:27

    宇宙是没边缘的,宇宙是无穷大和无穷小的![鼓掌][点赞]

  • 2023-11-29 07:01

    你是如何计算得出,爱因斯坦的脑子比你怎样

  • 2023-12-03 07:35

    我的意识瞬间来到宇宙之外!

  • 2023-12-03 03:00

    那一秒一亿光年呢?

星空承载梦想

简介:本人爱好天文,擅长写科学领域的文章