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弗里德曼膨胀宇宙与尚未证实的平行宇宙【通讯新闻】

发布时间:2019-08-16 17:12:14 阅读: 来源:蠕动泵厂家

当前的宇宙理论建立在苏联宇宙学家亚历山大·弗里德曼提出的膨胀宇宙模型之上,在1922年,弗里德曼发现了爱因斯坦场方程中的一个重要解使得膨胀宇宙模型逐渐明朗,此后哈勃发现了宇宙膨胀的现象,在宇宙微波背景辐射发现之后,科学界对建立在弗里德曼宇宙模型基础上的宇宙时空有了不同深度的认识。宇宙学建立在两大假设上:第一,假设宇宙介质的分布是均匀的、各向同性的;第二,宇宙动力学行为服从广义相对论。

宇宙学模型的提出需要观测来证实,当弗里德曼提出宇宙膨胀模型时几乎得不到科学界认可,甚至在哈勃发现红移宇宙膨胀现象后也被认为是“伪科学”,这是因为宇宙学需要观测来证实结论。1965年,美国贝尔实验室的工程师彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙微波背景辐射,这是一个各向同性的信号,与太阳系行星系统公转和自转完全没有关系,有力支持了弗里德曼的膨胀宇宙模型,是大爆炸理论的证据。到了1989年,宇宙微波背景辐射卫星(COBE)观测证实微波背景辐射谱符合2.726±0.010K黑体辐射曲线,极大支持了宇宙在大尺度方向上的各向同性特点。

在弗里德曼提出宇宙膨胀模型之前,宇宙有限论获得了两大佯谬的支持:第一,德国天文学家奧伯斯在1823年提出“夜黑佯谬”,他质疑为什么我们会看见黑夜,如果宇宙无限大的话,那么各个方向上恒星亮度的累计可以照亮整个夜空,地球将不会出现黑夜,因此宇宙是有限的;第二,西利格佯谬认为如果宇宙是无限大,那么宇宙中的物质分布应该是均匀的,这样各个方向上可以产生相同的作用力,我们就无法称量一个物体的重量,因此宇宙是有限的。

除了有限宇宙论外,爱因斯坦也提出了自己的宇宙观,他在1916年发表的广义相对论中认为一个物体的质量可以导致其周围的时空发生弯曲,看起来像是一个物体通过万有引力施加的影响实际上是空间弯曲引起的运动,而时空弯曲的事实可以得出我们的宇宙是有限无边的,属于静态宇宙范畴,爱因斯坦将这样的宇宙描述为在三维球体上的二维空间。

通过一个世纪的发展,宇宙学的初级架构已经建立起来,作为现代宇宙学基本出发点的弗里德曼宇宙膨胀模型认为在宇宙膨胀前,必然有一个时刻的宇宙半径是0,这样可初步得出宇宙年龄在200亿年左右,现代宇宙学的发现表面,宇宙年龄为137.7亿年。宇宙学发展过程中出现一次较大的突破,科学家将其称为“平行宇宙”论,虽然该理论尚未被证实,但该理论拥有极强的生命力,使得宇宙学研究让人耳目一新,在弦论、M理论发展之后,多重宇宙论也逐渐被人们接受,目前的问题并非在于是否存在多重宇宙,而是它们会以何种形式出现。

2003年,美国宾夕法尼亚大学物理与天文学教授Max Tegmark在《科学美国人》期刊上发表了《平行宇宙》一文,是目前平行宇宙论较为完整的论述文章,他将平行宇宙分为四类,或者四个层次,论证了宇宙是“平行”的结论,这是宇宙学研究从单一宇宙论发展到平行的多宇宙论,根据Max Tegmark的描述,平行宇宙分为四类:

第一类平行宇宙为最简单的平行宇宙,处于我们可观测宇宙之外,其物理常数与我们的宇宙相同,但是物质的初始条件不同,这意味着我们的宇宙之外还有很多平行宇宙时空。普朗克望远镜最新的观测数据表明,我们的宇宙可能是10亿个宇宙中的一个,这个发现也是第一次有证据显示平行宇宙的存在。而可观测的宇宙半径为420亿至460亿光年左右,这是大爆炸以来光前进的最远距离,由于宇宙膨胀的拉伸,这个距离大约137亿光年;

第二类宇宙与第一类宇宙有着较大的不同,时空维度、基本粒子以及很多物理常数都是不同的;第三类宇宙为美国量子物理学家休·艾弗雷特提出的多世界宇宙,属于量子多重世界范畴,在量子力学框架下,每一个宇宙都对应着不同的状态,量子宇宙会随机“分裂”成更多状态的宇宙;第四类宇宙的物理定律不同于我们的宇宙,而且物理性质和量子态都不同,几乎不可能用真实可见的图像来解释这个宇宙,Max Tegmark认为一种数学结构可对应一个平行宇宙,它们不属于时间和空间的范畴。

显然四种平行宇宙的层次划分是从复杂到简单,第一类宇宙规定了许多物理常数和初始条件,到了第四层平行宇宙时几乎难以想象,无法用三维空间的图像加以描述,平行宇宙模型已经暗示了不同类型宇宙之间出现变换的可能性。(腾讯)

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