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宇宙5大未解之謎,科學家認為:可能人類永遠都找不到答案

2024-10-15科學

地球這顆行星跟別的行星比起來,最大的不一樣就是地球上有了生命。其他星球呢,到現在科學家都還沒發現有生命的跡象。雖說現在人類對宇宙大體上已經有所了解了,可宇宙裏還是有好多奧秘是人類解釋不了的。這些奧秘一直讓咱們挺頭疼的。所以呢,科學家覺得宇宙裏有五大未解之謎,人類可能永遠都找不著答案。那咱們就一塊兒來看看這五大未解之謎都是啥吧。

頭一個沒解開的謎——宇宙究竟有多大呢?

科學家研究出來了,現在人類能觀測到的宇宙半徑大概是465億光年。啥是可觀測宇宙呢?就是以觀測者為中心的一個球形空間,從這兒能瞧見宇宙的邊兒。得註意啊,可觀測宇宙的範圍,可不是說憑著現有的觀測本事能看到的最大宇宙範圍。那些老遠的天體發出來的光,還沒來得及到地球讓咱們瞧見呢,所以說,可觀測宇宙就只是全宇宙的一部份罷了。那可觀測宇宙在整個宇宙裏占多少呢?現在科學家也只能靠各種推測瞎琢磨,誰也不知道宇宙到底有多大。還有個更重要的事兒,咱們這個宇宙啊,現在還不停地膨脹著呢。1917年,俄羅斯數學家弗瑞德曼從沒有宇宙學常數的愛因史坦場方程式著手,得出了宇宙可能是動態演化的這麽個結論。

他覺著宇宙從大尺度上看啊,又均勻又各向同性。就這麽著,得出了一種簡單的時空幾何度規形式,就是那個FLRW度規,這就給研究宇宙膨脹搭起了理論的架子。1927年的時候,比利時有個天文學家叫勒梅特,提出了個「宇宙膨脹模型」,意思就是大尺度的空間呢,隨著時間往前走就一個勁地膨脹。1929年呢,艾德溫·哈伯長時間地觀測,測了好多遙遠星系的紅移。他是怎麽測距離的呢?就是量每個星系裏一種叫造父變星的可變恒星的表觀亮度,這麽著就把相對距離給量出來了。等他把紅移和相對距離的關系畫成圖,就發現遠處星系的紅移隨著距離是直線往上增加的,也就是說星系往後退的速度和星系跟地球的距離是成正比的,這就得出了哈伯定律(v = Hd,v就是星系退行速度;H是哈伯常數;d是星系跟咱們的實際距離),這可是宇宙膨脹的重要證據。科學家們算出來,宇宙膨脹的速度可比光速快老多了。

對人類來講,這可不是啥好訊息。就是說,人類興許永遠都沒法曉得宇宙的邊界在哪兒。為啥呢?因為光速在宇宙裏是最快的飛行速度,只要是有品質的東西,都到不了光速,更不可能超過光速。這麽一來,超光速飛行就沒法實作了。可宇宙膨脹的速度都超過光速了,那我們就永遠看不到可觀測宇宙外邊的地兒了,也就不知道宇宙到底有多大了。並且宇宙膨脹得越來越快,到最後我們就和所有星系斷了聯系。這對人類來說,可太嚇人了。現在科學家正積極想法子解決這個事兒呢。

這第二個還沒解開的謎呢,就是宇宙命運這個謎。

宇宙往後會咋發展呢?最終的結局是啥樣的呢?說到宇宙最後的命運啊,科學家給出了三種不一樣的假說,就是大撕裂假說、大凍結假說和大塌縮假說。這仨假說都對宇宙的最終命運有個預測。大撕裂假說覺得啊,時間一長,宇宙膨脹的速度就一個勁兒地加快,到最後能超過物質之間交互作用的那個力,這麽一來,宇宙裏的所有東西都會被撕成最基本的粒子。大撕裂假說就是個說宇宙咋淪陷的假說,它覺得宇宙膨脹的加速度會不停地增大,最後超過物質之間交互作用的力,讓宇宙裏的一切都被撕成最基本的粒子。這個假說最開始是2003年由美國加州大學柏克萊分校的物理學家Robert Caldwell、Marc Kamionkowski和Nikolai Gnedin提出來的。按照這個假說,隨著時間的推移,宇宙膨脹的速度會慢慢變快,這是因為宇宙裏暗能量的密度和宇宙裏物質的密度比起來是越來越大了。

暗能量是一種負壓力,為啥宇宙會加速膨脹呢?暗能量就能解釋這個事兒。暗能量的密度要是達到一定量了,就會超過物質間的交互作用力,那物質就會被扯碎,這就叫大撕裂。大凍結還有個名兒叫「熱寂」。到了這種情況,宇宙的溫度就快到絕對零度了(就是零下273.15攝氏度),生命也就沒了,宇宙裏啥東西都不再運轉了,整個宇宙黑咕隆咚的。這個理論覺得宇宙是個孤零零封閉著的系統,宇宙裏的熵(就是系統的無序程度)一直在增多,到最後宇宙就會變成一種熱力學平衡的狀態。這時候,宇宙裏的熵最大了。熵最大的時候呢,宇宙裏所有的能量就會平均分布在整個宇宙空間裏,同時宇宙的溫度也接近(可就是到不了)絕對零度。在這麽冷的條件下,啥東西的運動變化差不多都停了,生命肯定就不存在了。

大塌縮理論講啊,咱們這宇宙不能一直這麽膨脹下去。為啥現在宇宙還不停地膨脹呢?就是因為宇宙大霹靂產生的能量還沒消耗光呢。要是有一天這能量全用完了,宇宙就不膨脹了,開始收縮,最後縮成宇宙大霹靂之前那樣的奇異點,到這時候,咱們這宇宙就算徹底完了。等這個奇異點被啥東西幹擾一下,宇宙大霹靂就又發生了,新宇宙也就誕生了,這麽看宇宙也有輪回。不過宇宙最後到底啥命運呢?科學家們還在使勁研究呢。

第三個沒解開的謎——宇宙裏星系數量的謎。

哈柏望遠鏡以前拍到過最深最遠的宇宙影像,那影像裏有3000多個星系呢。咱們住的銀河系,直徑怎麽也得有10萬光年,可在宇宙裏,銀河系就是個小不點。2016年的時候,英國諾丁罕大學天體物理學教授凱瑞斯托弗·孔塞利切帶著一個國際研究團隊,他們說可觀測的宇宙裏差不多有將近2萬億個星系。不過也有人這麽想,按照哈柏望遠鏡和韋伯望遠鏡抽樣拍攝的數據來看,可觀測宇宙直徑930億光年,這才是真實宇宙範圍的250分之一。要照這麽個比例算的話,星系總共能有500萬億個。但這也就是理論上猜猜罷了。為啥呢?因為離地球超過145億光年的星系,它們遠離地球的速度比光速還快,發出來的光永遠也到不了地球,現在全宇宙98%的星系都超過這個距離了。所以呀,要想知道宇宙裏到底有多少星系,就得先知道宇宙到底有多大,這樣才能算出宇宙裏的星系數量來。

第四個沒解開的謎——宇宙咋誕生的呢?

宇宙咋誕生的呢?人類走出地球以後啊,就特想知道這個事兒。現在好多人都曉得,如今所有星系都在離地球遠去呢,這是因為宇宙一直在膨脹。這就說明啊,所謂的大霹靂,說不定就是宇宙膨脹弄出來的。也許是宇宙膨脹到了一定程度,有些物質就被猛地甩出去了,就跟手榴彈爆炸似的。宇宙大霹靂是從一個中心點炸開來,開始往外面放射線的,在這個過程裏,大量的天體、星系就跟著產生了,宇宙也就變得越來越大,而且還一直在膨脹。科學家覺著,宇宙沒個頭兒,以後也會一直這麽膨脹下去。這就是說,打從大霹靂發生的那時候起,宇宙就處在永生的狀態了。不過呢,也有人覺得,宇宙大霹靂是在好多地方發生的。這就意味著,現在的宇宙可能沒個準兒,老是不停地變呢。

除了這些猜想以外,還有些科學家覺得,咱們這個宇宙可能是高級文明給設計出來的。這可不是科學家瞎猜的,科學家發現宇宙裏有不少基本物理常數,像重力常數、普朗克常數、電子電荷啥的,這些常數的值好像都經過了特別精細的調整。就說重力常數吧,要是它稍微變大點或者變小點,恒星咋形成啊,行星的軌域得亂成啥樣,生命誕生那就更不可能了。這麽高度的「微調」情況,讓有些人就尋思,是不是有個超自然的設計者,說不定就是高級文明呢,精心調整了這些參數,好弄出個適合生命存在的宇宙環境。電腦科學發展起來以後,有人就把宇宙和電腦程式放一塊兒比。宇宙裏的物質和能量都得遵循物理定律,這些定律就好比電腦程式裏的演算法。

從微觀的粒子活動,到宏觀的天體運轉,好像啥都照著定好的規矩來。就因為這種規矩性和秩序性,有些人就尋思著,宇宙說不定是一個特聰明的高級文明編出來的程式呢,就跟咱們設計編寫電腦程式似的。所以不少科學家覺得,咱們這個宇宙可能就是高級文明設計的,只不過這個設計的系統太巧妙了,咱們到現在也找不出太多漏洞來。

第五個未解的謎——生命到底是咋誕生的呢?

科學家研究後知道,地球剛誕生那數億年算是地球早期。那時候地球大氣裏氨、甲烷、水蒸氣和氫氣滿滿當當的。這些瓦斯呢,跟地球表面巖漿和火山噴出來的熱氣互相一作用,就成了個特大的實驗室。在這個天然的大實驗室裏,這些簡單的瓦斯在特別高的溫度和特別大的壓力下,發生了各種各樣的化學反應,就產生了像胺基酸這類復雜的有機分子。這些有機分子可是生命的根基,就好比是搭生命用的積木,能組成各式各樣的結構,有不同的功能。這就是有名的原始湯理論,也被叫做生命的熱源。這個理論是說,生命是在地球表面的一片原始海洋裏誕生的,化學反應產生了好多有機物質,這些有機物質慢慢湊成更復雜的分子,最後就有了最初的生命。

除了這個猜想以外,還有科學家覺得,地球上的生命都是彗星帶來的。在太陽系早期啊,那太陽系亂得很,小行星到處亂飛是常有的事兒。好多彗星和小行星撞到地球,就把水還有別的生命元素帶到地球上來了。這些元素可是構成生命的關鍵呢。經過老長時間的前進演化,地球生命就慢慢出現了,最後就成了我們現在看到的樣子。雖說這些都是科學家的猜想,可也有點道理。小編覺著,人是地球上最聰明的生命,人的科技發展得可快了。雖說人對宇宙已經有個大概的了解了,可要是想把宇宙裏所有的奧秘都解開,那可太難了。小編盼著人能早點實作自己的夢想。大家對這事兒有啥想說的嗎?