未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?


未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?
文章图片

未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?
文章图片

未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?
文章图片

未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?
文章图片

未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?
文章图片

未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?
文章图片

未来科学大奖 宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?

大爆炸理论来自于爱因斯坦的广义相对论 , 以及哈勃对星系的距离和红移关系的测量 , 广义相对论说 , 物质和能量会影响空间的形状 , 而空间的形状又告诉了物质要怎样运动;
那么在一个充满物质和能量的 , 均匀的宇宙当中 , 空间不是在收缩就是在膨胀 。 这是广义相对论作出来的预言 。
而哈勃正是通过观测 , 实证了这一点 , 它发现离我们越远的星系 , 远离我们的速度越快 , 这就意味着我们的空间在膨胀 。
然后经过反推 , 我们就能知道在遥远的过去 , 宇宙的体积更小 , 密度更大 , 温度更高 , 因此就有了大爆炸理论 , 这是一个很自然的推论 。
所以人们根据大爆炸理论就做出了一系列的预言 , 比如说 , 我们往远处看 , 就是在回顾宇宙的历史 , 我们应该能够看到早期宇宙中的星系和星系团没有经过充分演化的样子 , 他们的数量不仅少 , 而且规模也小 , 甚至我们还能找到一些刚形成的婴儿星系 。
如果我们再往远处看 , 我们应该能够看到宇宙的第一批恒星 , 以及原始的中性气体云 , 通过测量气体云的成分 , 我们就能知道宇宙诞生之初都有哪些元素了 。
再往远处看 , 我们应该能看到宇宙诞生后的第一批光子 , 它出现在中性原子刚形成的时候 , 是大爆炸火球的余温 , 通过对这些光子的测量 , 我们就能够知道早期宇宙中的物质分布 , 以及宇宙的成分 。
【未来科学大奖|宇宙21|视界疑难、平坦疑难、磁单极子疑难,它们都说了啥?】以上的这些预言都得到了观测的证实 , 所以大爆炸理论就以前所未有的准确性为我们描述一个动态、演化的宇宙模型 。
但是 , 这个宇宙模型也给人们带来了不少的困扰 , 比如说 , 最初的那个奇点的问题 , 空间、时间、物质和能量都聚集到了一个点上 , 我们现在所知的理论也只能预测到这个点 , 不能对它的状态做出任何描述;
我们不知道这个点它是如何爆炸的 , 为什么会爆炸?它是如何诞生出时间、空间、以及物质和能量的?不知道 , 所以人们对这个点并不满意 。
除了这个点以外 , 还有另外三个难题 , 分别为视界难题、平坦难题、单极难题 , 好 , 下面我就分别解释一下这三个问题 。
先说视界难题 , 视界你可以理解为能够看到最远的地方 , 在宇宙的大尺度上出现视界是因为我们宇宙的年龄有限 , 而且光速有限 , 有些地方离我们很远 , 光还来不接到达我们这里 , 所以我们就看不见他们了 。
所以在我们的宇宙中有一个可观测半径为460亿光年 , 在这个球体内是我们今天能够看到的全部 , 那有些同学就要问了 。
我们的宇宙不是才138亿岁吗?光的速度不是恒定的吗?为什么我们可以看到460亿光年 , 而不是138亿光年吗?
原因很简单 , 我们的宇宙在膨胀 , 很显然膨胀的速度超过了光速 , 有些星系曾经在离我们很近的地方 , 比如说只有几十亿光年 , 它就诞生发出了光 , 这些光一直在靠近我们 , 但是这些星系却一直在远离我们 , 等我们现在看到它的时候 , 它已经跑到了距离我们460亿光年的地方了 , 所以我们说可观测是460亿光年 。
当然我们现在能够接受到距离我们最远的光就是微波背景辐射了 , 它是宇宙中最古老的光子 , 是在38万年的时候发出的 , 当然也就成为了我们可观测宇宙的边界 。
在1989年的时候 , COBE卫星就对微波背景辐射进行了细致的测量 , 它就发现微波背景在各个方向上的温度差异只有0.003% , 十分的微小 , 可以认为在全天空的各个方向上温度都是一样的 。

推荐阅读