爱问知识人 爱问教育 医院库

为什么说宇宙是有限而无边际的?

首页

为什么说宇宙是有限而无边际的?

为什么说宇宙是有限而无边际的?

提交回答

全部答案

    2016-09-23 13:12:39
  •   1917年,爱因斯坦发表了广义相对论, 以广义相对论作为基石,他建立了一个宇宙 模型。这样的一个学说强烈冲击了传统的思维观念。模型指出,宇宙作为一个三维空间 不受时间的影响,有限却无边际。对于一个长方形的桌面来说,只要长和 宽不变,那么大小也是一定的。
      它受限于四 条边,构成了一个有着界限的二维空间。受半径r限制,球的表面积一定。但和 桌面不同,球面是没有边的,构成了一个没有 边界的二维球面。鉴于爱因斯坦提出的原理,三维空间是平均且每个方向同性,其曲率 一定是一个常数。在三维空间里,各个点具 有一样的弯曲程度。
      四个维度的时空在物质 的作用下,是弯曲的。同样地,三维空间也应该是弯曲的。爱因斯坦进一步提出,宇宙是一种基于 二维球面的三维超球面。它是有限的,但是 没有界限。在三维超球面中生存的生物(比 如说,有着边界的人类)也是无论如何都没有边界的。三维空间平均且每个方向一样的性质不 受时间影响。
      爱因斯坦据此认为,我们的宇 宙可能是静止不动的,因为这种情况最简单 最易于解释。在静态宇宙假想的基础上,爱因斯坦尝 试着为广义相对论的场方程求出答案。求解 这个方程必须先了解最开始的条件(宇宙最 早的状态)和边缘条件(宇宙边界处的状态),这些条件非常复杂。
      爱因斯坦为了消除边界条件的限制,他 首先假设宇宙是有限制但没有边界的。接 着,为了克服初始条件的限制,爱因斯坦又假 设宇宙是静止不动的。由于三维空间均匀各向同性中必须保证的对称性质,要为场方程 求解就容易多了。但仍不能求出答案+经过 不懈探索,爱因斯坦总算了解了得不出答案的理由:在高速情境下,万有引力定律可以衍 生出广义相对论,里面只包括“吸引效应”, 不包括“排斥效应”。
      但是,宇宙的静态同时需要具备吸引效 应和排斥效应,而且要处于平衡状态。所以, 要想证明宇宙是静态的,不可能仅仅依靠广 义相对论场方程。所以爱因斯坦对方程式进行了修改,在其中新添了一个“排斥项”,也 就是宇宙项。通过不懈努力和尝试,爱因斯 坦最终得出了一个静止不动的、平均且每个 方向同性的、有限但没有边界的宇宙模型。
      毫无疑问,假如我们的宇宙符合三维空 间平均且各个方向同性的原理,那么它必须 是没有边际的,而有限性却不能完全确定,有 三种可能的情况:假如有一个正曲率的三维空间,那么这 个空间里的宇宙是有限无边的。这样的宇宙 不是静态而是动态的,并且它随着时间而不 间歇地搏动。
      如果有一个无限小的奇点作为宇宙破 裂、迸发的开始,宇宙由于膨胀而变冷,组成 物体的浓度、时间和空间的弯曲程度都慢慢 减弱。当宇宙体积到达最大之后,它的范围将开始减小。到最后,宇宙全部会变为一个 新奇点。在这个新奇点的基础上,宇宙又酝 酿着下一次的迸发。
      所以,这样的宇宙是动 态的、没有限制没有边界的。一个没有曲率的宇宙是一个稳定的三维 空间(时间空间是不平直的,宇宙中有物质 存在),其体积最初就是无穷大的,在刚开始的时候,这个无穷大的三维大小是一个奇异的无穷大的奇点。爆炸后,这个无穷大的奇 点逐渐变大,但是它的冷热、浓度以及弯曲程 度都开始减小。
      这个过程是永恒的,没有终 点。所以,这样的宇宙是没有限制没有边界的。我们通过观察检测存在于宇宙的物体的 总体浓度,可以评价宇宙的有限性。还有一 个判断标准是减速因子。有了这两项标准好像就可以了解宇宙的 类型了。通过观测宇宙物质的平均速度,我 们得出的结论是,宇宙是不断胀大而且是没 有界限的!但是降速因素的观测却得出令人震惊的结论:我们的宇宙是膨胀和收缩两种 活动交替进行的,这样的宇宙没有边界,但却 是有限的。
      有些人认为我们将某些暗物质排除出了 宇宙,他们认为降速因素的测量更可靠。还 有一些人则抱有截然不同的观念。目前可以 确定的是,我们的宇宙是无边的,且处于膨胀状态中,至于有限性,我们无从得知。不幸的是,我们都没有大得足够看见宇 宙的边(假设这个边存在的话);人类的生命 太短暂,不能看到宇宙第一次爆炸的宏伟场景。
      但是,如果我们足够大,活得足够久,是 否又要面对新的挑战了呢?。

    青***

    2016-09-23 13:12:39

类似问题

换一换

相关推荐

正在加载...
最新问答 推荐信息 热门专题 热点推荐
  • 1-20
  • 21-40
  • 41-60
  • 61-80
  • 81-100
  • 101-120
  • 121-140
  • 141-160
  • 161-180
  • 181-200
  • 1-20
  • 21-40
  • 41-60
  • 61-80
  • 81-100
  • 101-120
  • 121-140
  • 141-160
  • 161-180
  • 181-200
  • 1-20
  • 21-40
  • 41-60
  • 61-80
  • 81-100
  • 101-120
  • 121-140
  • 141-160
  • 161-180
  • 181-200
  • 1-20
  • 21-40
  • 41-60
  • 61-80
  • 81-100
  • 101-120
  • 121-140
  • 141-160
  • 161-180
  • 181-200

热点检索

  • 1-20
  • 21-40
  • 41-60
  • 61-80
  • 81-100
  • 101-120
  • 121-140
  • 141-160
  • 161-180
  • 181-200
返回
顶部
帮助 意见
反馈

确定举报此问题

举报原因(必选):