宇宙的盡頭究竟是什么樣?以光速直線飛行,會遇到宇宙的邊界嗎?

        來源:hao123百家號     時間:2022-03-24 15:14:23

        小時候,當我們抬頭看向漫天星空的時候,都會好奇地問父母:地球以外是哪里?父母會告訴我們,是太陽系、是銀河系、是宇宙。當時,小編和大家一樣,曾經無數次幻想過,乘坐一艘宇宙飛船,飛出去看看!

        隨著年齡的增長,我們才知道宇宙有多么地廣闊,不過當時的想法依舊沒有磨滅。直到今天還有很多人和小編一樣,為仰望星空保有著那一份初心。大家曾經在幻想:假如我們以光速,做直線運動從地球飛向宇宙,是會飛出宇宙邊緣還是回到原點?

        早在15世紀的歐洲,很多先哲就曾思考過這個問題,當時的主流觀點是,地球是一個大大的平面。但是,意大利的航海家哥倫布堅信,我們的地球是一個球。如果從歐洲出發,持續向西們就會到達傳說中的中國、印度。

        在當時,中印兩國有風靡整個歐洲的瓷器、絲綢、茶葉。哥倫布想如果可以出發一趟,就可以賺得盆滿缽滿。因此,哥倫布用了整整十五年的時間去游說歐洲的各路君主,希望有人可以支持他。

        1492年,哥倫布獲得了西班牙女王伊莎貝拉的支持。在出發前,哥倫布自己心里很清楚:地球是一個圓形球體,所以他向西航行,一定會到達遙遠的印度;如果再向西繼續航行,一定會再次回到原點。

        事實上,哥倫布的觀點源自于古希臘的時候,但是同行的水手不相信地球是一個圓形的球體。他們認為:地球是一個平面,如果一直向著一個方向航行,最終會抵達世界的盡頭。那里可能是一堵墻,可能是海水的歸宿,也可能是萬丈深淵。

        因此,在當時人們的思維中,認為地球就是我們的宇宙,地球的形狀就是我們世界終點的模樣。地球的終點:可能是萬丈深淵,可能是一堵看不見的墻。因此,宇宙的邊界也是如此。

        隨著科學的不斷發展進步,我們通過學習知道:地球是一個球體。它是由二維正曲率曲面組成的一個三維封閉結構。地球的大小有限,卻沒有絕對的邊界。因此,南轅北轍的說法并不成立,我們終將回到原點,無法找到絕對邊界。

        那么,科學家據此便提出了假設:假如我們宇宙本身也是一個有限無界的封閉結構呢?如果大家從整體的角度去看宇宙:它的空間曲率是一個正曲率。我們在宇宙中畫一個大三角形,這個三角形的內角和將會大于180°。

        因此,這一刻,宇宙和地球是一樣的。我們如果一直向前,依舊會回到原點地球,我們依然無法找到所謂的絕對邊界。

        如果我們宇宙的空間是二維平面,并不是科學家假設的正彎曲結構。那么,此時我們再畫一個大三角形,這個三角形的內角和是180°。此時,宇宙也有可能形成一個高維有限的封閉結構,如下圖所示。這種情況下,我們駕駛航天飛機一直向前,也會無限循環。

        如果,我們的宇宙是一個負曲率的開放結構,如同下圖中間那個圖案。那這樣的宇宙盡頭,就是開放并且無限的。如果,我們在這樣的宇宙中駕駛航天器一直向前飛行,是永遠無法找到盡頭的。因為這樣的宇宙空間是無限大的。

        在這里,剛才可能有網友會問,三角形的內角和不就是180°,怎么會超過或者小于呢?是不是小編在寫的時候出現了問題?在這里,請大家放心,小編在寫文時都是詳細的查詢了相關資料!因此,小編在這里為大家補充一個知識點:

        三角形的內角和取決于空間曲率的大小。在正曲率(上)、負曲率(中)、平坦(下)的宇宙中,三角形內角之和分別為>180°、<180°或等于180°。下面這張圖,三種形態,也恰好對應了我們提到的三種宇宙形態。

        我們把剛才講的三種情況進行一下總結,就會發現:

        1、若是整個宇宙的幾何結構是有限封閉的,那么我們就會和哥倫布的設想一樣,向一個方向出發,最后還會回到原點。

        2、若是整個宇宙的幾何結構是無限開放的,那么宇宙就沒有盡頭,我們可以一直向前前進,不會發生循環,更不會遇到所謂的墻體阻礙。

        那么,我們的宇宙究竟是這兩種中的哪種情況呢?

        針對于此,科學界一直爭論不休。主流科學界認為:宇宙是有限封閉的結構。這部分科學家在尋找星系、等離子體、恒星,大爆炸發出的輻射。觀察這些可能會出現重復的結構。

        尤其是大爆炸發出的輻射,就是我們理解的微波背景輻射。這種輻射,是宇宙中最古老的光。科學家解釋道:如果宇宙是這種結構,我們會在微波背景輻射中看到重復的模式。

        然而,事實通常是殘酷的。科學家并沒有觀測到任何重復結構。這就意味著,在我們天文望遠鏡所能觀測到的視線里,宇宙并不是有限封閉的!這時候,另一部分的科學家就開始表示:我們的宇宙或許就是無限開放的結構!

        不過,在這部分的科學家內心中也不愿意相信這一切。因為無限這個說法,在物理學中,并沒有任何意義!科學家表示:宇宙作為一個客觀的物理存在,它不可能是無限的!

        然而,因為我們的宇宙一直在膨脹,在暗能量的推動下,我們的宇宙膨脹的速度特別快。天文學家表示:距離地球180億光年外的物體,運動的速度都已經超過了光速。換句話說,那里的星系發出的任何光,永遠都沒有辦法被我們觀測到。

        因此,我們如果駕駛航天飛機以光速出發,同樣也無法追上那些星系。因此,宇宙膨脹的速度,讓科學家一度認為討論宇宙到底是有限,還是無限,成了一個偽命題。因為無論如何,宇宙已經超出了我們的視野,超出了我們的極限。

        因此,對于我們來說,假設我們駕駛宇宙飛船,以光速從地球出發,以直線方向運動。宇宙對我們來說依舊是無限大,我們依舊無法到達宇宙的邊界!因為宇宙膨脹的速度都已經開始超過了光速。

        所以,目前科學家放棄了討論宇宙的邊界的問題,因為我們根本沒有辦法以目前的手段去觀測和證明這一切。宇宙的膨脹速度之大,讓我們不得不放棄了一切的猜想。期待未來我們的科技水平再次進步,可以解答這一問題。大家對此有什么自己的想法呢,歡迎在【評論區】留言!

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