宇宙的尽头是什么?也许不可逾越的能量极限正在保护我们!
原标题:宇宙的尽头是什么?也许不可逾越的能量极限正在保护我们!
在哥伦布和达伽马完成环球航行之前,航海家心头都有一个挥之不去的梦魇,那就是突然会航行到世界的尽头,掉入无尽的深渊,这个念头是那样的强烈,至于之两位航海家起航之前都不断收到忠告!但事实证明不存在世界的尽头,因为地球在三维空间中是一个球体,我们在它表面是找不到它边界的!
但国际空间站上的可以很清楚的看到,地球的边界在哪里,而历史上对于世界尽头的恐惧,无非是出于对地球认知的局限而已!
那么宇宙有边界吗?它的尽头在哪里?
托勒密洋洋洒洒的“地心说”理论中,最外层的天体是恒星天,而在恒星天以外,托勒密将这个位置留给了上帝,所以从公元前1800多年到十六世纪为止,教会非常喜欢这个地心说理论,因为他们给上帝留出了位置,使得教会在推广地心说理论的同时也摆正了上帝的位置!
托勒密地心说理论
但所有的一切在哥白尼面前灰飞烟灭,因为哥白尼早期了解到了公元前300年的古希腊数学家阿里斯塔克斯提出的日心说非常有道理,而他通过自己严密的观测,从行星绕行轨道上证明了太阳才是宇宙的中心,天上所有的星星都在绕着太阳转,不再有上帝的位置,所以日心说遭到了教会疯狂打压,不过哥白尼因为“老奸巨猾”,在去世前才发表日心说,所以他逃过一劫,而竭力推广的布鲁诺却遭到了教会抓捕,最终被烧死在罗马鲜花广场!
无论教会是否打压,日心说如野草一般生长,而开普勒与伽利略则从观测上加强了日心说理论,牛顿则为天体运行的制定了万有引力的规则,拉普拉斯则在太阳系天体运行上开创了天体力学,从十八世纪末期到十九世纪初,洋洋洒洒的十几部《天体力学》发表,使得拉普拉斯面对拿破仑问“你的理论中,上帝的位置在哪时”,拉普拉斯回答“陛下,我的理论不需要那个假设”。
从这一天起,宇宙的边界不再有上帝,而牛顿早期的猜测宇宙无限和奥伯斯佯谬则表明宇宙无限并且有一个起点,只是理论上并不成熟,无法证明这个观点。
- 宇宙的形状
没有任何人能观测出宇宙的形状,即使是现在!但爱因斯坦在1915年发表的广义相对论使得这个成为可能,1917年爱因斯坦自己将广义相对论应用到了宇宙学上,诞生了相对论宇宙学,但可爱的爱因斯坦为迎合当时的静态宇宙论,将他用引力场方程发现的动态宇宙加了个宇宙常数,修正成了静态宇宙!
在弗里德曼和勒梅特分别的独立的状态下,应用各向同性的假设,得到了一个不需要宇宙常数的膨胀宇宙选项,这就是弗里德曼方程。霍华德·P·罗伯逊和沃尔克分别于1935年和1936年证明,适用于均匀性和各向同性要求的四维时空只有3种,这就是弗里德曼-罗伯逊-沃克度规,而宇宙的形状取决于一个空间曲率K。
弗里德曼-罗伯逊-沃克度规
在这个度规中最关键的是参数K,它的取值决定了宇宙的形状,我们今天不讨论宇宙的命运,就不扯宇宙学常数Λ和K取值的关系了,因为宇宙学常数Λ的确定需要临界密度和实际密度的比较作为替代,限于篇幅我直接使用现代宇宙观测到的平坦宇宙K=0的条件,结合1998年两个国际天文团队对于Ia超新星红移的观测得出宇宙正在加速膨胀的结论,我们可以假设一下现代宇宙的形状。
K=0时,三维宇宙是平坦的,而且空间无限大,根据加速膨胀的理论,宇宙未来的命运是唏嘘的,从这一点可以得出一个结论宇宙并没有边界,而且是一个无限大的区域!
宇宙尽头是什么?
其实关于现代宇宙的尽头我们不需要讨论了,因为无限大的宇宙没有边界,当然从理论上来看我们可以假设一个边界,比如当曲率K=1时,宇宙是一个三维球状,那么这个球状宇宙我们能找到它的边界吗?它的尽头又会有怎样的一个表现?
曾经《星际之门-宇宙》中所有成员必须进入休眠状态,因为命运号要跨越一个难以想象的广漠空间,它必须将所有的能量用于引擎,途中再无恒星予以补给能源,种花家猜测跨过了这个区域就将穿透微波背景辐射,直达大爆炸发生的那一刻!
但是从《星际之门-宇宙》停播到现在已经过去十多年了,众多星际之门迷们翘首以盼,希望有一个好莱坞角度的宇宙尽头出现,但很可惜我们可能永远都看不到了,不过没关系,我们可以用自己的方式来推测一个宇宙尽头的形象。
- 宇宙的边界长什么样?
可能我们根本就看不到宇宙的边界,因为宇宙大爆炸论认为时间与空间以及物质都有大爆炸产生,因此宇宙膨胀的边界就是时空的边界,而在啥都没有的混沌区域不存在空间,我们如何来感知!最大的可能性就像地球一样是一个有边无界的区域,我们知道它的大小,却不知道它的边界在哪里!
- 如何来理解混沌?
也许是一种比真空更低能的状态,因为量子力学认为,即使在空无一物的这空状态也存在量子涨落,根据海森堡不确定性原理,时间T测量得越准确,能量E就越不确定。就在时间T非常确定的一瞬间,真空中也会出现巨大的能量起伏!所以混沌也许就是真正的真空,它不再有量子涨落,处在真正的最低能级!
- 真正的宇宙边界
可能用真空衰变区域来形容比较合适一些,在一般意义的真空中,能量没有衰变并保持稳定状态,假如要进入真空衰变的混沌区域,可能需要施以极高的能量才能穿越,但穿越过这个能量阻隔的鸿沟之后,根据能量最低原理,穿透这个屏障的所有物质都将衰变成真正的真空,这才是真正的、无尽的深渊!但到现在为止这个能量我们都无法达到,所以我们无法穿越这个边界!
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