宇宙是有限的还是无限的?是什么形状?目前还没有准确的答案。
先来说说宇宙的起源。主流观点认为,宇宙诞生于一次大爆炸,包括时间、空间和一切物质都源于那次大爆炸。经科学家的测定,宇宙诞生于138亿年前,目前可观测宇宙的半径大约为460亿光年。
可观测宇宙是以人类观察者为中心,半径约为460亿光年的球形区域。有些人可能会有疑问?宇宙才138亿年,为什么可观测宇宙的半径就有460亿光年?因为宇宙从诞生那一刻起,宇宙空间一直都在膨胀。空间膨胀带动了物质间相互远离,看起来似乎是物质在向外扩散。遥远天体发出的光在传向地球的同时,天体本身也在远离地球,当我们接收到130多亿年前的天体发出的光时,天体的位置已经变了,那个天体现在距离我们就有400多亿光年远了。
在上世纪初叶,天文学家哈勃通过分析天体的光谱发现河外星系正在远离我们,并且离我们越远的星系,退行速度越快。在距离我们140亿光年远的位置,膨胀速度已经达到了光速。
随着认知能力的提高,人类的宇宙观也在不断的发生变化。在早期,人类认为天圆地方,麦哲伦领导的环球航行则证实了地球是圆的。从地心说到日心说,再到发现河外星系,科学的进步,让人类的世界观也跟着进步了。
到了牛顿时代,由于天文望远镜的发明,使人类对宇宙有了更多的认识。在经典物理为主的时代,认为宇宙空间是开放的平直空间,宇宙是静态的且无限大,物质在空间中均匀的分布着。显然,如果宇宙无限大,物质无限多,引力也会无限大,这样的宇宙是不稳定的。
爱因斯坦相对论的提出,为人类认识宇宙打开了新的大门。相对论认为时空是四维的,由三维空间和一维时间构成。再后来的超弦理论,甚至认为我们的世界应该是11维的。
虽然物质能够弯曲时空,但是在大尺度范围内物质的分布比较均匀,时空在整体上还是相对平坦的。只是局部空间弯曲的厉害,比如黑洞及其周围的时空。由于大尺度上物质的分布较均匀,且不管从宇宙中的哪个位置观测,得到的结果都是相同的,这被称之为各项同性。
按照大爆炸理论来看,宇宙是有限的,并且宇宙不存在边界,因此宇宙也没有中心。一个无限有界的宇宙,空间应该是闭合的,类似于一个闭合的二维球面,宇宙间的星系就分布在三维的超球面上。
比如生活在二维球面上的蚂蚁,只要不脱离球面,无论朝哪个方向爬,永远都找不到边界。当这个球面相对于蚂蚁足够大时,蚂蚁会以为自己所在的世界是平的。就好比生活在地球上的我们。如果球无限大,球面就可以看成无限延展的平面。
正是由于时空弯曲的影响,我们以为光在真空中走的是直线,其实光是延空间中的测地线走的。我们的宇宙实在太大了,身在宇宙中的我们很难确定宇宙是什么形状的?
综上所述,按目前科学界的主流观点来看,我的宇宙是动态的、闭合的、有限而无界、均匀且各项同性。
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