2025-01-14 21:13来源:本站
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网上有关“宇宙的中心是什么?”话题很是火热,小编也是针对宇宙的中心是什么?寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。
万古难题!宇宙的中心在哪里?
仰望晴朗的夜空,你会看到各个方向的星星,感觉就好像自己是宇宙的中心。但是你是吗?如果不是,那么宇宙的中心在哪里?事实上,宇宙没有中心。自从138亿年前宇宙大爆炸以来,宇宙一直在膨胀。但是,尽管如它的名字,大爆炸并不是一个爆炸,爆炸从一个中心点爆炸。宇宙开始非常紧凑和微小。然后宇宙中的每一个点都同样地膨胀,直到今天。所以,如果没有原点,宇宙就没有中心。
宇宙浩瀚无垠,但中心究竟在哪里?结果是没有。
博科园-科学科普一种思考方法是想象一个二维的蚂蚁,它生活在一个完美的球形气球的表面。从蚂蚁的角度来看,表面上到处都是一样的,球体表面没有中心,也没有边缘。如果给气球充气,蚂蚁会看到它的二维宇宙膨胀。在表面画点小点,它们会相互远离,就像我们真实宇宙中的星系一样。对于这个二维宇宙中的蚂蚁,任何与气球表面垂直延伸的三维空间:比如进入气球的中心——都没有物理意义。
俄亥俄州立大学的天体物理学家Barbara Ryden说:它知道它可以向前和向后,但它没有上上下下的概念。我们的宇宙是蚂蚁的二维气球世界的三维版本。但是气球类比,由于其表面积有限,代表了一个有限的宇宙,宇宙学家仍然不确定是否属于我们自己。受宇宙大爆炸以来光线走过程度的限制,宇宙学家的观测只能对宇宙有限的一瞥,但整个宇宙可能是无限的。
如果是这样的话,那么可以用一个扁平的、膨胀的橡皮布来代替气球。如果你想想象一个三维的宇宙,想象一个无限的葡萄干面包在不断地膨胀。在这种情况下,葡萄干代表了相互远离的星系。如果宇宙是无限的,那么就没有中心。宇宙是平坦的还是弯曲的,取决于宇宙中的质量和能量总量。如果宇宙的质量和能量密度正好在所谓的临界密度上,那么宇宙就会像一张纸一样平,以稳定的速度膨胀。但是如果密度更高,宇宙就会像气球一样弯曲。密度增加所带来的额外引力会减缓宇宙膨胀,最终导致这种增长停滞。
与此同时,在小于临界密度的情况下,宇宙膨胀将会加速。在这种情况下,宇宙会有负曲率,形状有点像马鞍。然而,它仍然是无限的,因此没有一个中心。到目前为止,理论上的想法和观察——比如宇宙微波背景辐射,大爆炸后的余辉——指向一个非常平坦的宇宙。但是宇宙学家仍然不能确定宇宙是否真的是平坦的,或者如果曲率是如此之大,宇宙只会看起来是平的——类似于地球表面上的平坦感。
宇宙没有中心,而且没有边缘——与宇宙学原理一致,即宇宙中没有地方是特殊的。观察星系团如何分布以及宇宙微波背景揭示了一种宇宙,当你缩小足够远的距离时,确实在任何地方看起来都是一样的。纵观历史,人类曾错误地认为我们是在宇宙的中心或靠近宇宙的中心——无论那个中心是地球,太阳,甚至是银河系。但不管我们人类认为自己有多特别,宇宙迄今为止都表现出了不同的样子。
《时间简史》(A Brief History of Time)是英国著名物理学家斯蒂芬·霍金于1988年出版的一本畅销科普书,它深入浅出地解释了一系列复杂的天文学和物理学理论,以及宇宙的起源和演化。
这本书成为了一部科学普及经典,引领着普通读者走进了宇宙学的奇妙世界。
1. 宇宙的起源: 书中讲述了大爆炸理论,即宇宙的起源是从一个高度密集的奇点开始,然后膨胀并不断演化。这个理论解释了宇宙的形成和扩展过程。
2. 黑洞: 霍金以通俗易懂的方式解释了黑洞的概念和性质,包括黑洞的形成、结构和引力弯曲效应。他还提出了“霍金辐射”的理论,即黑洞会因量子效应而辐射出粒子,最终蒸发掉。
3. 时间: 书中讨论了时间的概念,包括相对论中的时间弯曲,以及如何测量宇宙年龄。霍金引用了爱因斯坦的相对论和黑洞理论,解释了时间和空间的关系。
4. 量子力学: 书中介绍了量子力学的基本原理,包括波粒二象性、不确定性原理等,以及如何将量子力学应用于宇宙学问题的尝试。
5. 时间箭头: 霍金解释了时间箭头的概念,即时间只能朝一个方向前进,而不可逆转。这与宇宙的演化和热力学定律有关。
6. 超弦理论: 书中提到了超弦理论,这是一种试图统一所有物理定律的理论,包括引力、量子力学和宇宙学。
7. 宇宙的未来: 霍金探讨了宇宙的未来,包括宇宙的膨胀、可能的大冲撞、黑洞的演化等问题,以及宇宙可能的最终命运。
总的来说,《时间简史》以清晰、生动的语言,用通俗易懂的方式向读者介绍了宇宙学和物理学的基本概念,深刻而又富有启发性地探讨了一系列复杂的科学问题。
霍金的幽默和思辨性思维使这本书不仅成为一本科普书,还成为了一部具有文学价值的作品,吸引了全球数百万读者,激发了无数人对科学的兴趣和热情。它不仅在科学领域取得了巨大的影响,还深刻地影响了人们对宇宙和时间的理解。
爱因斯坦本来可以成为第一个发现动态宇宙的人,1916年他推出广义相对论后,史瓦希第一个从广相的引力场方程中挖掘到了黑洞这个金矿,确定了史瓦西度规。1917年爱因斯坦将广相应用于整个宇宙,开创了相对论宇宙学,爱因斯坦发现广相中的宇宙是动态的,但当时普遍认为宇宙就是静态,不会膨胀和坍缩,因此爱因斯坦在广相的引力场方程中加了一个常数,也就是现在我们俗称宇宙常数!
后来弗里德曼和勒梅特都通过简化引力场方程的方式得到了动态宇宙的解,而哈勃的观测则证明了这点,此时宇宙膨胀说在逐渐开始在科学界流行开来,要说谁是第一个提出宇宙膨胀的,还非勒梅特莫属!但这和银河系运动有关系吗?当然有!
人类认识银河系的历程
我们已经无从确认银河系是什么时候发现的了,因为就像太阳月亮天狼星一样,抬头即可看到的天体。但真正认识银河系却要从赫歇尔开始说起,因为他试图用DIY制作的强大望远镜将每一颗恒星的位置都记录下来,然后汇总成一张星图,结果大家都猜不到,太阳位于星系中央,而整个银河系就像一张摊破了的印度飞饼!
太阳是位于中心的**斑点
赫歇尔后的天文学继续飞速发展,人类对太阳系的边界有了新的了解,对恒星的形成也有了新的理解,梅西耶也观测到大量的天体,被记录在了梅西耶天体列表中,尽管当时发现了大量的河外星系,但因没有先进的望远镜和可靠的测量方法,以至于根本不知道这些天体的距离有多远!
梅西耶天体列表
1914年天文学家哈洛·沙普利利用威尔逊山天文台的1.5米反射望远镜观测银河系中球状星团的分布,发现星团的分布基本上以人马座为中心的球形,因此他认为人马座方向就是银心,这符合观测,也符合现代对银心的定义!
南半球倒立的人马座
1918年沙普利经过4年的观测后认为太阳距离银河系中心约5万光年,后修正为3万光年。这个结论有些颠覆性,因为在沙普利之前,大家都认为太阳可能在银心附近。
1917年海尔组织在威尔逊山天文台安装了2.54米胡克望远镜,1924年哈勃用这个超级望远镜将一团光斑的仙女星系分解成了一颗颗恒星,哈勃在其中发现了一颗造父变星,使得他可以通过造父变星的变光周期亮度分布推测出仙女星系至少距离银河110万光年以上,第一个河外星系被发现。
1926年瑞典天文学家林德布拉德提出银河系由许多子系统组成,解释了银河系中恒星的速度分布,提出银河系自转中心在人马座方向。与沙普利的观点非常一致!
1928年奥尔特和瑞典天文学家林德布拉德建立了银河系较差自转的动力学理论。
1932年奥尔特提出了银河系中存在大量暗物质的观点。
1938年奥尔特用恒星统计法研究了太阳附近恒星的分布,发现了银河系旋臂结构
1958年-1959年,奥尔特等人又绘制出人类第一幅银河系的中性氢21厘米波分布图,证实了银河系的漩涡结构,还发现了正在膨胀的3千秒差距旋臂。
当然再往后还有银河系诞生等多理论,但我们讨论银河系运动已经足够,就不一一展开了!
银河系的运动
关于银河系的运动大家肯定被科普得不要不要了,因为银河系再过40亿年就要和仙女星系相撞了,两者相对速度高达110千米/秒,因此从这一点来看银河系至少是朝着仙女星系运动的,或者说仙女星系朝着银河系运动!
但对于茫茫的宇宙没有任何参考系,银河系的运动无法被展现,1977年美国劳伦斯伯克莱国家实验室的乔治·斯穆特想到一个办法,利用微波背景那个辐射的偶极异向性来测量银河系的运动,测得速度约为400千米/秒,加上太阳系绕银河系速度220千米/秒,两者反向叠加(逆向测试)得600千米/秒,移动方向指向长蛇座!
银河系为什么要冲向那里?有什么强大引力的天体吗?
1979年Chincarini和Rood发现长蛇—半人马座方向可能存在超星系团,后来沙雅和桑德奇分别发现本星系群都在朝着室女座超星系团方向运动,并且本星系团和室女座超星系团还朝着长蛇-半人马座方向运动。
1988年一个名为“七武士”的国际天文研究小组通过对邻近400个椭圆星系的天文观测发现,银河系以及邻近数百万个星系都以每秒600-1000千米的速度朝南天半人马座方向的一个未知引力源运动!艾伦·德莱斯勒将其取名为巨引源!
巨引源的位置
巨引源位于银经307度、银纬9度,距离银河系约2.5亿光年,规模达4亿光年,质量为太阳的10^16倍以上,它所在的区域刚好是银盘面尘埃带密集的方向,银盘尘埃带大约覆盖了20%的天区,可见光波段观测受到了极大的影响!
X射线天文学兴起后的观测发现,巨引源的中心在半人马座长城(Centaurus Wall)内,长城的交汇点附近是矩尺座星系团(Abell 3627),矩尺座星团的规模也是光学波段观测到要大得多!由于星系过于密集,相当一部分行星已经在相互吞并。
但巨引源到底是什么我们仍然不清的!
银河系有一天会掉入巨引源吗?
尽管银河系距离巨引源高达2.5亿光年,但只要假以时日总有一天会掉入巨引源,但在银河系赶到以前,巨引源早已因宇宙膨胀而走得更远!因为在2.5亿光年的尺度上,巨引源的因为宇宙膨胀而退行速度高达4400千米/秒,而银河系速度只有600千米/秒,银河系永远都追不上!
数亿光年内的宇宙地图,所以大家不必担心银河系掉坑里!
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