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回顾:是什么力量在一直撑着?为何宇宙中所有星球,都「漂浮」在空中?

2024-10-09科学

随着人类科技的进步,我们对于世界上的众多物质也有了更深的认识。 我们的文明发展速度很快 ,一些在我们今天看来再平常不过的知识,可能在一百多年前还是并不为人所知。

就拿我们的地球来说,我们现在知道地球是一个球体,但是在过去,人们并不相信地球真的是圆的,因为这涉及到了一个问题: 地球时时刻刻都在转动,为什么我们不会「掉落」下去呢? 直到牛顿用力学原理总结了这一现象,我们才明白为什么人类能够一直待在地上而不会「掉下去」。地球中心的 引力 束缚着我们。

宇航员在太空中会经历 「失重」 的过程,这是因为我们已经 脱离了地球的引力控制范围 。很明显,那些离地球更加遥远的、庞大的星球就更不会受到影响了。

不过一些人也会想象这样的问题:如果一个宇航员没有受到空间的束缚,持续在宇宙空间中漂流,那么他最终会去到什么地方?也会像在地球上一样「坠落」,最终去到宇宙的「底部」吗?其实这就涉及到了宇宙的一个重要问题,那就是 宇宙中的众多天体,到底是因为什么才「漂浮」在空中的?背后有着什么力量一直在支撑着它们?

宇宙有「终点」吗?

在讨论天体会不会掉到宇宙的「底部」之前,我们应该先讨论另一个问题: 宇宙的「底部」究竟在哪,或者说宇宙究竟有没有底部? 我们所在的物质宇宙的大小一直是人们十分关心的问题,现在一般认为, 宇宙起源于一次大爆炸 ,并在那之后 不断地膨胀 ,至今依然在进行这个过程。

由于宇宙膨胀的速度已经 超过了光速 ,我们能够观测到的宇宙是有限的,这一片宇宙也因此被称为是 「可观测宇宙」 。那么,在可观测宇宙之外的宇宙空间还有多大?科学家们试图用宇宙曲率的数据去探究这个问题,但在经过测量之后研究者们发现, 我们的宇宙近乎平直,也就是说它很可能大小无限

宇宙真的会这样一直膨胀下去吗?也有学者对此持反对意见。根据 热力学定理 ,宇宙的物质之间相互远离到一定程度后,会进入 「热寂」 阶段,这时候一切活动都会停止, 宇宙将进入类似于「死亡」的状态

然后, 新的「大爆炸」又会出现,一切都是物质世界的轮回 。不管怎么说,天体是不可能掉到宇宙「底部」的,因为它 并不存在真正的底部 ,也就是引力中心,在一个无限大的空间里不会有这样的概念。但这样也无法完全解释, 所有天体都「固定」在自己位置的现象,毕竟它们的质量都很大。

天体的惊人质量

根据万有引力定理, 质量越大的东西引力也越大 ,比如我们身处的地球,其质量就比月球要大得多,因此 地球的引力拉着月球围绕我们旋转 ,数十亿年来都是地球忠实的「守护者」。同样地, 太阳的质量也比地球要大得多 ,所以 地球成为了太阳系的一员

太阳虽然名为「恒星」,但其实也不是完全「恒定不动」, 它在自转的同时也围绕着银河系中心旋转 。我们虽然不能够完全确定「银心」究竟是什么物质,但不少科学家都认为那是一个 超大型的黑洞 ,其质量不是恒星可以比拟。那么,这些天体的质量究竟有多大?

地球的质量大约是60万亿亿吨,而太阳的质量是地球的33万倍 。令人惊讶的是,太阳在恒星里也算是「小个子」,我们目前发现的质量最大的恒星是 R136a1 其质量是太阳的两百多倍 ,而体积并没有比太阳大多少,可见其密度之大。

既然众多的天体并不是「轻飘飘」,那么我们最终要去往哪里?针对这个问题,研究者提出了两种看法,分别是 「被引力互相控制」和「暗物质控制」 。下面我们就来看看这两种说法各自的理由是什么吧。

引力让天体悬浮?

我们知道月球被地球的引力束缚着围绕旋转,而地球被太阳的引力束缚着。那么, 为什么月球不会因为地球的引力吸引撞向地球,而地球也不会因为太阳的引力而一头撞向太阳呢? 这和我们在地球上体会到的引力可 不一样

其实是因为,我们本身就在旋转,所以在 引力之外还有离心力 ,这让地球能够在自己的轨道上旋转。人类发射 人造卫星 也是如此,当飞行器的速度达到 「第一宇宙速度」 之后,我们就能够 脱离地球引力的一部分束缚 ,从而实现 围绕地球飞行 ,而不是像地球上的物质那样直接撞向地面。

在这种理论的支撑下我们很容易得出怎样的结论: 宇宙中的天体都是这样受到了束缚 ,太阳被银河系束缚,银河系被巨引源束缚…… 所以宇宙万物都在不断地运动中保持平衡 ,不会像大爆炸之前在「奇点」里那样全部挤在一起。

但是,有两个问题是这样的理论无法解释的,一是天体就算再大也有限度,那么 最大的天体又是被什么引力所束缚 ?按理说宇宙中应该没有比它的引力更大的天体了;二是为什么这些天体围绕旋转是按照 平行的轨道 来的?比如太阳系的行星质量不一,但基本上都在同一个黄道面运动,而银河系也是圆盘状不是球形。

暗物质在推动?

因为引力束缚学说有这两个问题,所以一些学者提出了另一个观念,那就是 暗物质在束缚和推动天体「漂浮」 。什么是暗物质?这个名称指的是 宇宙中那些无法用肉眼去观察的事物 ,而暗物质 无处不在 ,即使是那些我们认为是「真空」的宇宙空间里也充斥着暗物质,其总量占到了 宇宙物质的百分之九十五

这些物质虽然让我们很难感受到「质量」和「运动」,但它们却会 源源不断地释放出能量 ,这些能量能够推动和束缚那些我们可以进行观测和干预的物质。

有学者认为 ,宇宙大爆炸之后之所以还在不断地膨胀,就是因为暗物质的推动。 宇宙空间中充斥着的暗物质就像是海中的水,我们周围的空气,虽然很难看到但是却无处不在,将所有天体之间的间隙填满。

同样地,这些暗物质用其产生的能量 让天体之间平衡在同一个「平面」上 ,不会出现因为只有引力束缚而呈现出球形的的轨迹。这个理由似乎很有道理,但其最大的问题是,现在对于暗物质的研究还处在起步阶段,一些在科学家甚至根本不承认暗物质的存在。

实际上,我们至今都没有搞清楚 宇宙大爆炸的最初「动力」 究竟是什么, 很有可能是物质在到达了一定温度之后产生的爆发现象。 但是,我们的宇宙在变得越来越冷,膨胀的速度却并没有因此而放缓,这并不是单纯的热能能够解释。

既然暗物质可以以比光速还快的速度去推动天体,那么我们能不能利用暗能量去帮助人类的未来的发展?这是众多研究者目前感兴趣的问题,它很有可能是未来进行宇宙探索的答案。

人类对于宇宙和暗物质的研究

不管是万有引力的控制还是暗物质的束缚,其实都是我们的研究者在 研究宇宙天体运行过程中提出的一些猜想 ,并不百分百证实。也许在未来,我们的研究者还会提出更加可信的理论,去解决这个困扰我们多年的问题。

人类只是一颗小小行星上的渺小生命,也许我们从诞生直到灭亡都无法真正了解宇宙的全貌,理解宇宙的运行,但这也无法阻止我们 继续向前迈进 去追求更多知识

人类不可能局限在如今已经探索的范围内,我们迟早要向着更加遥远的地方的进发。但摆在我们面前的问题是, 我们缺乏更加先进的推进装置,按照目前的速度几乎不可能在短时间内离开我们所在的星系

一些学者已经开始研究 暗物质推进装置 ,如果我们能够利用这种物质的能量,那么在未来进行星际旅行就成为了可能,甚至是突破光速,完成真正的 「时空旅行」 。虽然目前看来这些都还只是所谓「幻想」,但无疑都是我们未来发展的目标和方向。

结语

对于整个宇宙来说,人类的存在都过于渺小,不管是时间还是空间,我们能够占有的部分都是那么有限,根本无法对于更广阔的宇宙进行任何改造。但从另一个方面来说, 人认识到自己的真正实力并没有什么坏处 ,至少我们不会像以前那样再认为自己是「宇宙中心」。

这种错误的认知在一定程度上妨碍了我们的发展,让人类沉溺于目前的成就,失去前进的动力。 尽管庞大的宇宙给我们带来了压力,但这也是动力, 我们如果想改变自己的地位,那么就需要更加努力奋斗才行。

人类进入太空还不到一百年,我们对于太阳系的探索也依然有限。即使是 理论比实践走得更快 ,人类的拥有的知识也还是不多。所以对于我们来说,这样的「苦恼」非常正常。

我们现在的科学技术发展如此之快,也许仅仅数十年之后,我们的生活就会和现在产生天壤之别,等到那个时候, 人类对于宇宙的认识一定会更加全面 ,这些困扰着如今的我们的问题,说不定也都能够得到答案。