宇宙的尽头究竟是什么样?以光速直线飞行,会遇到宇宙的边界吗?

来源:hao123百家号     时间:2022-03-24 15:14:23

小时候,当我们抬头看向漫天星空的时候,都会好奇地问父母:地球以外是哪里?父母会告诉我们,是太阳系、是银河系、是宇宙。当时,小编和大家一样,曾经无数次幻想过,乘坐一艘宇宙飞船,飞出去看看!

随着年龄的增长,我们才知道宇宙有多么地广阔,不过当时的想法依旧没有磨灭。直到今天还有很多人和小编一样,为仰望星空保有着那一份初心。大家曾经在幻想:假如我们以光速,做直线运动从地球飞向宇宙,是会飞出宇宙边缘还是回到原点?

早在15世纪的欧洲,很多先哲就曾思考过这个问题,当时的主流观点是,地球是一个大大的平面。但是,意大利的航海家哥伦布坚信,我们的地球是一个球。如果从欧洲出发,持续向西们就会到达传说中的中国、印度。

在当时,中印两国有风靡整个欧洲的瓷器、丝绸、茶叶。哥伦布想如果可以出发一趟,就可以赚得盆满钵满。因此,哥伦布用了整整十五年的时间去游说欧洲的各路君主,希望有人可以支持他。

1492年,哥伦布获得了西班牙女王伊莎贝拉的支持。在出发前,哥伦布自己心里很清楚:地球是一个圆形球体,所以他向西航行,一定会到达遥远的印度;如果再向西继续航行,一定会再次回到原点。

事实上,哥伦布的观点源自于古希腊的时候,但是同行的水手不相信地球是一个圆形的球体。他们认为:地球是一个平面,如果一直向着一个方向航行,最终会抵达世界的尽头。那里可能是一堵墙,可能是海水的归宿,也可能是万丈深渊。

因此,在当时人们的思维中,认为地球就是我们的宇宙,地球的形状就是我们世界终点的模样。地球的终点:可能是万丈深渊,可能是一堵看不见的墙。因此,宇宙的边界也是如此。

随着科学的不断发展进步,我们通过学习知道:地球是一个球体。它是由二维正曲率曲面组成的一个三维封闭结构。地球的大小有限,却没有绝对的边界。因此,南辕北辙的说法并不成立,我们终将回到原点,无法找到绝对边界。

那么,科学家据此便提出了假设:假如我们宇宙本身也是一个有限无界的封闭结构呢?如果大家从整体的角度去看宇宙:它的空间曲率是一个正曲率。我们在宇宙中画一个大三角形,这个三角形的内角和将会大于180°。

因此,这一刻,宇宙和地球是一样的。我们如果一直向前,依旧会回到原点地球,我们依然无法找到所谓的绝对边界。

如果我们宇宙的空间是二维平面,并不是科学家假设的正弯曲结构。那么,此时我们再画一个大三角形,这个三角形的内角和是180°。此时,宇宙也有可能形成一个高维有限的封闭结构,如下图所示。这种情况下,我们驾驶航天飞机一直向前,也会无限循环。

如果,我们的宇宙是一个负曲率的开放结构,如同下图中间那个图案。那这样的宇宙尽头,就是开放并且无限的。如果,我们在这样的宇宙中驾驶航天器一直向前飞行,是永远无法找到尽头的。因为这样的宇宙空间是无限大的。

在这里,刚才可能有网友会问,三角形的内角和不就是180°,怎么会超过或者小于呢?是不是小编在写的时候出现了问题?在这里,请大家放心,小编在写文时都是详细的查询了相关资料!因此,小编在这里为大家补充一个知识点:

三角形的内角和取决于空间曲率的大小。在正曲率(上)、负曲率(中)、平坦(下)的宇宙中,三角形内角之和分别为>180°、<180°或等于180°。下面这张图,三种形态,也恰好对应了我们提到的三种宇宙形态。

我们把刚才讲的三种情况进行一下总结,就会发现:

1、若是整个宇宙的几何结构是有限封闭的,那么我们就会和哥伦布的设想一样,向一个方向出发,最后还会回到原点。

2、若是整个宇宙的几何结构是无限开放的,那么宇宙就没有尽头,我们可以一直向前前进,不会发生循环,更不会遇到所谓的墙体阻碍。

那么,我们的宇宙究竟是这两种中的哪种情况呢?

针对于此,科学界一直争论不休。主流科学界认为:宇宙是有限封闭的结构。这部分科学家在寻找星系、等离子体、恒星,大爆炸发出的辐射。观察这些可能会出现重复的结构。

尤其是大爆炸发出的辐射,就是我们理解的微波背景辐射。这种辐射,是宇宙中最古老的光。科学家解释道:如果宇宙是这种结构,我们会在微波背景辐射中看到重复的模式。

然而,事实通常是残酷的。科学家并没有观测到任何重复结构。这就意味着,在我们天文望远镜所能观测到的视线里,宇宙并不是有限封闭的!这时候,另一部分的科学家就开始表示:我们的宇宙或许就是无限开放的结构!

不过,在这部分的科学家内心中也不愿意相信这一切。因为无限这个说法,在物理学中,并没有任何意义!科学家表示:宇宙作为一个客观的物理存在,它不可能是无限的!

然而,因为我们的宇宙一直在膨胀,在暗能量的推动下,我们的宇宙膨胀的速度特别快。天文学家表示:距离地球180亿光年外的物体,运动的速度都已经超过了光速。换句话说,那里的星系发出的任何光,永远都没有办法被我们观测到。

因此,我们如果驾驶航天飞机以光速出发,同样也无法追上那些星系。因此,宇宙膨胀的速度,让科学家一度认为讨论宇宙到底是有限,还是无限,成了一个伪命题。因为无论如何,宇宙已经超出了我们的视野,超出了我们的极限。

因此,对于我们来说,假设我们驾驶宇宙飞船,以光速从地球出发,以直线方向运动。宇宙对我们来说依旧是无限大,我们依旧无法到达宇宙的边界!因为宇宙膨胀的速度都已经开始超过了光速。

所以,目前科学家放弃了讨论宇宙的边界的问题,因为我们根本没有办法以目前的手段去观测和证明这一切。宇宙的膨胀速度之大,让我们不得不放弃了一切的猜想。期待未来我们的科技水平再次进步,可以解答这一问题。大家对此有什么自己的想法呢,欢迎在【评论区】留言!

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