宇宙奧秘知多少？

我們生活在宇宙之中，浩瀚的宇宙充滿了神秘，你對(duì)宇宙了解多少呢？

這些關(guān)于宇宙的奧秘你知道嗎？

宇宙的年齡是多少？

在一個(gè)多世紀(jì)之前，如果你問(wèn)科學(xué)家：“宇宙年齡是多少？”回答多半是“無(wú)限大”。因?yàn)槟菚r(shí)候的人們還無(wú)法估算宇宙的年齡，只好這么回答。既然無(wú)限大，那就沒(méi)有開(kāi)始也沒(méi)有終結(jié)。

到了1927年，比利時(shí)天體物理學(xué)家喬治·勒梅特根據(jù)廣義相對(duì)論計(jì)算得出，宇宙不是靜止的，而是不斷膨脹的。

那么假如將膨脹的宇宙倒溯回去，會(huì)發(fā)生什么呢？人們很自然地想到，必定有那么一個(gè)時(shí)刻，宇宙是一個(gè)極其微小的“原始原子”。這個(gè)“原始原子”就是宇宙的起點(diǎn)，“原始原子”存在的時(shí)刻，就是宇宙誕生的時(shí)刻。

1932年，勒梅特首次向公眾發(fā)表宇宙大爆炸理論。他認(rèn)為，整個(gè)宇宙最初聚集在一個(gè)“原始原子”中，后來(lái)發(fā)生了大爆炸，碎片向四面八方散開(kāi)，最終形成了現(xiàn)在的宇宙。其他科學(xué)家完善了這個(gè)理論。

根據(jù)宇宙大爆炸理論，人們向前倒溯計(jì)算得出，宇宙大爆炸發(fā)生在大約138.5億年前，這就是宇宙的年齡?？紤]到誤差，目前一般認(rèn)為，宇宙年齡的范圍在120億至145億年之間。

小貼士

勒梅特曾經(jīng)研究過(guò)三體問(wèn)題。沒(méi)錯(cuò)，就是科幻小說(shuō)《三體》中的三體問(wèn)題，2024年1月的“科幻魔方”對(duì)其進(jìn)行過(guò)介紹。

宇宙有多大？

從古至今，有無(wú)數(shù)人曾經(jīng)提出這個(gè)問(wèn)題：宇宙到底有多大呢？

人們?cè)?jīng)提出過(guò)許多種測(cè)量宇宙大小的方法。比如，人們發(fā)現(xiàn)恒星的亮度和距離相關(guān)，越遠(yuǎn)的星就越暗。根據(jù)恒星的亮度就可估算它的距離。

2024年5月30日，天文學(xué)家利用詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)距離地球大約135億光年的星系，這是宇宙誕生后約3億年就形成的星系，是目前人類(lèi)發(fā)現(xiàn)的最遙遠(yuǎn)的星系。

那么，宇宙的邊緣是不是距離我們大約135億光年呢？

不是的。要知道，宇宙從誕生起一直在加速膨脹。也就是說(shuō)，當(dāng)這個(gè)星系發(fā)出的第一束光，在馬不停蹄地趕往地球期間，由于宇宙的膨脹，地球也會(huì)遠(yuǎn)離這個(gè)星系?？茖W(xué)家結(jié)合宇宙膨脹速度進(jìn)行計(jì)算，估計(jì)整個(gè)可觀測(cè)的宇宙直徑大約是930億光年。

這是宇宙的大小嗎？

并不是，這只是人類(lèi)可以觀測(cè)到的宇宙，真實(shí)的宇宙遠(yuǎn)不止這么大。

那么宇宙到底有多大？誰(shuí)也無(wú)法回答這個(gè)問(wèn)題，有人估計(jì)整個(gè)宇宙的半徑超過(guò)11.5萬(wàn)億光年。

宇宙有多重？

估算出了宇宙有多大之后，利用公式“大小×密度=重量”，就可以算出宇宙有多重。要想知道宇宙的密度，必須要算出宇宙中有多少物質(zhì)。

這個(gè)問(wèn)題長(zhǎng)期以來(lái)一直困擾著宇宙學(xué)家，主要是因?yàn)橛刑嗟奈镔|(zhì)是看不見(jiàn)的。

宇宙中除了人們能直接觀測(cè)到的恒星、星云等外，更多的其實(shí)是那些無(wú)法用常規(guī)手段進(jìn)行探測(cè)的暗物質(zhì)和暗能量。

暗物質(zhì)是可能存在于宇宙中的一種不可見(jiàn)的物質(zhì)。這種神秘的物質(zhì)能夠束縛住星系和星系團(tuán)，使它們不會(huì)解體。

暗能量則是一種驅(qū)動(dòng)宇宙運(yùn)動(dòng)的能量。正常來(lái)說(shuō)，因?yàn)橛钪嬷械奈矬w之間存在萬(wàn)有引力，所以當(dāng)宇宙膨脹到一定程度時(shí)，由于引力的原因，膨脹速度會(huì)越來(lái)越慢。可事實(shí)是宇宙膨脹的速度越來(lái)越快，因此有人提出，宇宙中存在大量無(wú)法探測(cè)到的暗能量，它們推動(dòng)著宇宙加速膨脹。

天文學(xué)家估計(jì)，宇宙中總的物質(zhì)構(gòu)成比例大致是：普通物質(zhì)占約5%，暗物質(zhì)占約27%，暗能量占約68%。

有科學(xué)家認(rèn)為，宇宙的平均密度為9.9×10^-27千克/立方米，可觀測(cè)宇宙的總質(zhì)量為3.5×10⁵⁴千克，整個(gè)宇宙的總質(zhì)量至少可達(dá)5.3×10⁶¹千克。

美國(guó)物理學(xué)家愛(ài)德華提出一個(gè)非常奇特的理論，他認(rèn)為整個(gè)宇宙的質(zhì)量只有28克。他的理論簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是宇宙中存在正能量和負(fù)能量，會(huì)相互抵消，因此宇宙的凈質(zhì)量只有28克。

小貼士

物質(zhì)和能量

根據(jù)愛(ài)因斯坦的相對(duì)論，物質(zhì)和能量是一體的，可以相互轉(zhuǎn)換。原子彈就是因?yàn)樵影l(fā)生質(zhì)量虧損，瞬間釋放出了巨大的能量。

宇宙是什么形狀的？

這又是一個(gè)讓人百思不得其解的難題。目前關(guān)于宇宙形狀的理論主要有以下幾種：

不管宇宙整體上是什么形狀的，如果我們只取非常小的一塊，那么這一小塊都可以近似地看成是平坦的。就像我們?cè)谝粋€(gè)很大的球體表面取非常小的一塊，就可以將這小塊近似看成是平坦的。人們目前可觀測(cè)到的宇宙可以認(rèn)為是平坦的，許多物理學(xué)和天文學(xué)研究都是基于此而進(jìn)行的。

宇宙有多少個(gè)？

在不少科幻作品中，宇宙有許多個(gè)，有不少科學(xué)家也認(rèn)為宇宙不止一個(gè)，被稱為“多元宇宙”理論，這些宇宙被稱為“平行宇宙”。

對(duì)于多元宇宙理論，你可以這樣想象：一個(gè)宇宙就像一個(gè)大泡泡，宇宙“泡泡”的數(shù)量很多，甚至是無(wú)窮無(wú)盡的。每個(gè)宇宙“泡泡”中的東西，都跟我們所處的宇宙有天壤之別。在不同的宇宙“泡泡”中，不僅存在的粒子和物理學(xué)常數(shù)可能不一樣，甚至物理學(xué)規(guī)律都可能不同。

關(guān)于多重宇宙的理論，并不是科幻小說(shuō)家的想象。有科學(xué)家曾提出一個(gè)理論：在宇宙大爆炸的時(shí)候產(chǎn)生了兩個(gè)宇宙，是鏡像對(duì)稱的。2016年3月，南極脈沖瞬態(tài)天線（ANITA）探測(cè)到了一個(gè)高能粒子。它不是從太空來(lái)，而是從地球上冒出來(lái)的。紐約城市大學(xué)物理與天文系的專家根據(jù)上述理論和現(xiàn)象，發(fā)表了一篇很有趣的論文，提出：這個(gè)粒子可能就來(lái)自那個(gè)鏡像對(duì)稱的宇宙“泡泡”。

宇宙什么時(shí)候“死亡”？

對(duì)于宇宙的終結(jié)，科學(xué)家提出了多個(gè)假設(shè)。

由于存在暗能量，宇宙將會(huì)永遠(yuǎn)膨脹下去。之后會(huì)產(chǎn)生以下幾種可能：

可能一：如果暗能量是個(gè)常數(shù)，不會(huì)改變，那么宇宙會(huì)持續(xù)膨脹，變得越來(lái)越大，星系團(tuán)彼此離得越來(lái)越遠(yuǎn)，最后宇宙會(huì)變得無(wú)比空曠，這叫作“熱寂”或“大凍結(jié)”。到那時(shí)，宇宙就會(huì)徹底“死亡”。

可能二：如果暗能量不斷增強(qiáng)，那么宇宙的膨脹會(huì)不斷加速，最終將迎來(lái)“大撕裂”，不僅恒星、星系，甚至分子、原子都會(huì)被撕開(kāi)。

可能三：宇宙隨時(shí)可能終結(jié)并發(fā)生翻天覆地的變化，成為完全不同的宇宙。

不可思議的“宇宙”

將一張厚0.1毫米的紙折疊103次后，厚度甚至?xí)^(guò)可觀測(cè)宇宙的范圍。

圍棋棋盤(pán)共有361個(gè)交點(diǎn)，黑白兩子輪流下，每次只下一子，圍棋的總下法數(shù)甚至比可觀測(cè)宇宙中的所有原子數(shù)還要多。