當前位置: 華文世界 > 科學

回顧:是什麽力量在一直撐著?為何宇宙中所有星球,都「漂浮」在空中?

2024-10-09科學

隨著人類科技的進步,我們對於世界上的眾多物質也有了更深的認識。 我們的文明發展速度很快 ,一些在我們今天看來再平常不過的知識,可能在一百多年前還是並不為人所知。

就拿我們的地球來說,我們現在知道地球是一個球體,但是在過去,人們並不相信地球真的是圓的,因為這涉及到了一個問題: 地球時時刻刻都在轉動,為什麽我們不會「掉落」下去呢? 直到牛頓用力學原理總結了這一現象,我們才明白為什麽人類能夠一直待在地上而不會「掉下去」。地球中心的 重力 束縛著我們。

太空人在太空中會經歷 「失重」 的過程,這是因為我們已經 脫離了地球的重力控制範圍 。很明顯,那些離地球更加遙遠的、龐大的星球就更不會受到影響了。

不過一些人也會想象這樣的問題:如果一個太空人沒有受到空間的束縛,持續在宇宙空間中漂流,那麽他最終會去到什麽地方?也會像在地球上一樣「墜落」,最終去到宇宙的「底部」嗎?其實這就涉及到了宇宙的一個重要問題,那就是 宇宙中的眾多天體,到底是因為什麽才「漂浮」在空中的?背後有著什麽力量一直在支撐著它們?

宇宙有「終點」嗎?

在討論天體會不會掉到宇宙的「底部」之前,我們應該先討論另一個問題: 宇宙的「底部」究竟在哪,或者說宇宙究竟有沒有底部? 我們所在的物質宇宙的大小一直是人們十分關心的問題,現在一般認為, 宇宙起源於一次大霹靂 ,並在那之後 不斷地膨脹 ,至今依然在進行這個過程。

由於宇宙膨脹的速度已經 超過了光速 ,我們能夠觀測到的宇宙是有限的,這一片宇宙也因此被稱為是 「可觀測宇宙」 。那麽,在可觀測宇宙之外的宇宙空間還有多大?科學家們試圖用宇宙曲率的數據去探究這個問題,但在經過測量之後研究者們發現, 我們的宇宙近乎平直,也就是說它很可能大小無限

宇宙真的會這樣一直膨脹下去嗎?也有學者對此持反對意見。根據 熱力學定理 ,宇宙的物質之間相互遠離到一定程度後,會進入 「熱寂」 階段,這時候一切活動都會停止, 宇宙將進入類似於「死亡」的狀態

然後, 新的「大霹靂」又會出現,一切都是物質世界的輪回 。不管怎麽說,天體是不可能掉到宇宙「底部」的,因為它 並不存在真正的底部 ,也就是重力中心,在一個無限大的空間裏不會有這樣的概念。但這樣也無法完全解釋, 所有天體都「固定」在自己位置的現象,畢竟它們的品質都很大。

天體的驚人品質

根據萬有重力定理, 品質越大的東西重力也越大 ,比如我們身處的地球,其品質就比月球要大得多,因此 地球的重力拉著月球圍繞我們旋轉 ,數十億年來都是地球忠實的「守護者」。同樣地, 太陽的品質也比地球要大得多 ,所以 地球成為了太陽系的一員

太陽雖然名為「恒星」,但其實也不是完全「恒定不動」, 它在自轉的同時也圍繞著銀河系中心旋轉 。我們雖然不能夠完全確定「銀心」究竟是什麽物質,但不少科學家都認為那是一個 超大型的黑洞 ,其品質不是恒星可以比擬。那麽,這些天體的品質究竟有多大?

地球的品質大約是60萬億億噸,而太陽的品質是地球的33萬倍 。令人驚訝的是,太陽在恒星裏也算是「小個子」,我們目前發現的品質最大的恒星是 R136a1 其品質是太陽的兩百多倍 ,而體積並沒有比太陽大多少,可見其密度之大。

既然眾多的天體並不是「輕飄飄」,那麽我們最終要去往哪裏?針對這個問題,研究者提出了兩種看法,分別是 「被重力互相控制」和「暗物質控制」 。下面我們就來看看這兩種說法各自的理由是什麽吧。

重力讓天體懸浮?

我們知道月球被地球的重力束縛著圍繞旋轉,而地球被太陽的重力束縛著。那麽, 為什麽月球不會因為地球的重力吸引撞向地球,而地球也不會因為太陽的重力而一頭撞向太陽呢? 這和我們在地球上體會到的重力可 不一樣

其實是因為,我們本身就在旋轉,所以在 重力之外還有離心力 ,這讓地球能夠在自己的軌域上旋轉。人類發射 人造衛星 也是如此,當飛行器的速度達到 「第一宇宙速度」 之後,我們就能夠 脫離地球重力的一部份束縛 ,從而實作 圍繞地球飛行 ,而不是像地球上的物質那樣直接撞向地面。

在這種理論的支撐下我們很容易得出怎樣的結論: 宇宙中的天體都是這樣受到了束縛 ,太陽被銀河系束縛,銀河系被巨引源束縛…… 所以宇宙萬物都在不斷地運動中保持平衡 ,不會像大霹靂之前在「奇異點」裏那樣全部擠在一起。

但是,有兩個問題是這樣的理論無法解釋的,一是天體就算再大也有限度,那麽 最大的天體又是被什麽重力所束縛 ?按理說宇宙中應該沒有比它的重力更大的天體了;二是為什麽這些天體圍繞旋轉是按照 平行的軌域 來的?比如太陽系的行星品質不一,但基本上都在同一個黃道面運動,而銀河系也是圓盤狀不是球形。

暗物質在推動?

因為重力束縛學說有這兩個問題,所以一些學者提出了另一個觀念,那就是 暗物質在束縛和推動天體「漂浮」 。什麽是暗物質?這個名稱指的是 宇宙中那些無法用肉眼去觀察的事物 ,而暗物質 無處不在 ,即使是那些我們認為是「真空」的宇宙空間裏也充斥著暗物質,其總量占到了 宇宙物質的百分之九十五

這些物質雖然讓我們很難感受到「品質」和「運動」,但它們卻會 源源不斷地釋放出能量 ,這些能量能夠推動和束縛那些我們可以進行觀測和幹預的物質。

有學者認為 ,宇宙大霹靂之後之所以還在不斷地膨脹,就是因為暗物質的推動。 宇宙空間中充斥著的暗物質就像是海中的水,我們周圍的空氣,雖然很難看到但是卻無處不在,將所有天體之間的間隙填滿。

同樣地,這些暗物質用其產生的能量 讓天體之間平衡在同一個「平面」上 ,不會出現因為只有重力束縛而呈現出球形的的軌跡。這個理由似乎很有道理,但其最大的問題是,現在對於暗物質的研究還處在起步階段,一些在科學家甚至根本不承認暗物質的存在。

實際上,我們至今都沒有搞清楚 宇宙大霹靂的最初「動力」 究竟是什麽, 很有可能是物質在到達了一定溫度之後產生的爆發現象。 但是,我們的宇宙在變得越來越冷,膨脹的速度卻並沒有因此而放緩,這並不是單純的熱能能夠解釋。

既然暗物質可以以比光速還快的速度去推動天體,那麽我們能不能利用暗能量去幫助人類的未來的發展?這是眾多研究者目前感興趣的問題,它很有可能是未來進行宇宙探索的答案。

人類對於宇宙和暗物質的研究

不管是萬有重力的控制還是暗物質的束縛,其實都是我們的研究者在 研究宇宙天體執行過程中提出的一些猜想 ,並不百分百證實。也許在未來,我們的研究者還會提出更加可信的理論,去解決這個困擾我們多年的問題。

人類只是一顆小小行星上的渺小生命,也許我們從誕生直到滅亡都無法真正了解宇宙的全貌,理解宇宙的執行,但這也無法阻止我們 繼續向前邁進 去追求更多知識

人類不可能局限在如今已經探索的範圍內,我們遲早要向著更加遙遠的地方的進發。但擺在我們面前的問題是, 我們缺乏更加先進的推進裝置,按照目前的速度幾乎不可能在短時間內離開我們所在的星系

一些學者已經開始研究 暗物質推進裝置 ,如果我們能夠利用這種物質的能量,那麽在未來進行星際旅行就成為了可能,甚至是突破光速,完成真正的 「時空旅行」 。雖然目前看來這些都還只是所謂「幻想」,但無疑都是我們未來發展的目標和方向。

結語

對於整個宇宙來說,人類的存在都過於渺小,不管是時間還是空間,我們能夠占有的部份都是那麽有限,根本無法對於更廣闊的宇宙進行任何改造。但從另一個方面來說, 人認識到自己的真正實力並沒有什麽壞處 ,至少我們不會像以前那樣再認為自己是「宇宙中心」。

這種錯誤的認知在一定程度上妨礙了我們的發展,讓人類沈溺於目前的成就,失去前進的動力。 盡管龐大的宇宙給我們帶來了壓力,但這也是動力, 我們如果想改變自己的地位,那麽就需要更加努力奮鬥才行。

人類進入太空還不到一百年,我們對於太陽系的探索也依然有限。即使是 理論比實踐走得更快 ,人類的擁有的知識也還是不多。所以對於我們來說,這樣的「苦惱」非常正常。

我們現在的科學技術發展如此之快,也許僅僅數十年之後,我們的生活就會和現在產生天壤之別,等到那個時候, 人類對於宇宙的認識一定會更加全面 ,這些困擾著如今的我們的問題,說不定也都能夠得到答案。