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手电筒朝太空照射,光会一直飞到宇宙最深处吗?那里有什么

科技 | Post by: 小橙圈 | 6/10/21 20:0 | 72

朝太空中发射一束光,这束光到底会飞到哪里,取决于宇宙的形状。

宇宙的形状就是三维空间的形状。

光是在空间中飞行的,空间的形状决定了光行走的路线。

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就像我们在地球上沿着地表行走一样,我们能够走到哪里取决于大地的形状。

在很久很久以前,那个时候还没有地球的概念,全世界的人都认为大地是平的,只要走得足够远就会掉下去。

但是实际上,我们知道大地是个球体,它的二维表面是封闭的,所以对于地球来说没所谓的地面最深处。

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站在球面的任何一点都可以称为中点,朝任何一个方向笔直的前进,只要走的时间足够的长就能回到起点。

地球是个球形,由航海家麦哲伦首先证实的,他绕着地球航行了一圈,回到了起点。

现在的太空技术可以飞到足够高的地方,回望我们脚下的大地就发现地球是个球形。

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宇宙空间实在太大,我们不可能飞到宇宙外面去回望宇宙的形状。我们怎么知道宇宙空间是什么形状呢?

可以有一个办法,测量宇宙空间的曲率。

如果一个三角形的内角和是180度,那么这个空间的曲率就是0。如果一个三角形的内角和大于180度,那么空间的曲率就大于0。如果一个三角形的内角和小于180度,那么空间的曲率就小于0。

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空间曲率为0的时候,宇宙是平直的。空间曲率为正的时候,宇宙是弯曲封闭的。

同样我们在地球表面找一个三角形测量它的内角和,就会发现它的内角和是大于180度的,所以地球表面是一个封闭球面的。

如果宇宙空间的曲率小于0,那么宇宙就是一个马鞍型的。

按照现在最新的科学数据,宇宙空间的曲率可能比零大一点点,已经排除是一个马鞍型,所以它的形状就只能在平的无限大和封闭有限大之间选择。

2009年,欧洲航天局用阿利安那5火箭发射了普朗克卫星,就是用来探测宇宙的形状。

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普朗克卫星又称普朗克天文台,上面搭载有两台微波探测仪,用来观察宇宙微波背景辐射~CBM。

CMB是大爆炸遗留下来的少量光,散布在整个宇宙中,也可以看成宇宙大爆炸火焰熄灭留下的余温。

通过研究普朗克卫星的数据,研究人员了解到 CMB 的温度非常均匀。在某些地方,温度会略有变化,但大尺度上采用平均值,可以把这种差异抵消。

CMB没有变化,保持一致,就证明宇宙是平坦的。

然而,宇宙学家最近在 CMB 中发现了一个异常现象。

这个异常现象就是宇宙微波背景辐射和引力透镜现象相结合以后,会把这种差异放大。

我们用一根直尺去量一个长度,如果两段线的长度在直尺上是一致的,改用游标卡尺去量或者千分尺去量,会出现差异。

我们观测宇宙空间的时候,人类的天文望远镜的口径跟宇宙空间的尺度相比实在是太小了,所以有些情况下这种差异表现不出来,但是宇宙中存在一种天然的透镜,这个透镜就是引力透镜。

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根据广义相对论,光线在引力场附近会弯曲,我们知道透镜也是让光线弯曲,所以引力也可以让光线聚焦的。

因此引力效应也可以让光线聚焦放大,这个被放大的物体如果用望远镜直接观察,它会呈现出一个环形,这就是所谓的爱因斯坦环。

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相当于一个引力场是一个超级大的放大镜一样。

那么我们用这个放大镜来看宇宙微波背景辐射,就会发现原来我们认为它没有差异,实际上它还是有差异的。

科学家目前观测到的情况,如果宇宙微波背景辐射和引力透镜效应相结合,会发现宇宙有一个非常小的弯曲。

这个弯曲在各方向高度一致,这表明宇宙是一个球形。

宇宙可能是球形的,就意味着宇宙是封闭的,同时也意味着我们朝某个方向走的足够远就会回到起点,这和在地表笔直前进仍然会回到起点,是一样的道理。

如果宇宙确实是封闭的,会对我们对宇宙的理解构成重大问题。

另一个宇宙学难题是:宇宙的膨胀速度远远超过光速。

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把以上这些事实联系起来,我们可以得到这样一个结论:宇宙是一个四维的超球体,我们看到的、我们生活着的宇宙是这个四维超球体的三维表面。

这个三维表面的内部是一种暗能量,就是这个暗能量产生的压力,让宇宙在高速膨胀。

在这种情况下,我们朝宇宙空间发射一道手电光,这个手电光会沿着宇宙的三维弧度运行,但是永远也不会回到起点,并且一直在宇宙空间中运行,因为光追不上宇宙膨胀的速度。

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宇宙是封闭超球体,这个观点并不是100%正确,但是是99.9%的正确。

不过,即使宇宙是封闭的,它也可以有其他的形状,这个形状是一种轮回的形状。

这是一位和霍金齐名的科学家~彭罗斯提出来的,被称为共型轮回宇宙学说。

共型轮回宇宙学说认为,宇宙在一个特殊的几何形状上演化,每一个宇宙的起点是另外一个宇宙的终点。

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光可以在轮回宇宙之间相互穿越,这种穿越会在宇宙微波背景辐射上留下一个同心圆的痕迹。

如果宇宙是这种轮回的形状,那么我们朝宇宙空间发射一束手电光的话,它会穿越宇宙到达另外一个宇宙。

来源:华笺流香


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