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宇宙5大未解之谜,科学家认为:可能人类永远都找不到答案

2024-10-15科学

地球这颗行星跟别的行星比起来,最大的不一样就是地球上有了生命。其他星球呢,到现在科学家都还没发现有生命的迹象。虽说现在人类对宇宙大体上已经有所了解了,可宇宙里还是有好多奥秘是人类解释不了的。这些奥秘一直让咱们挺头疼的。所以呢,科学家觉得宇宙里有五大未解之谜,人类可能永远都找不着答案。那咱们就一块儿来看看这五大未解之谜都是啥吧。

头一个没解开的谜——宇宙究竟有多大呢?

科学家研究出来了,现在人类能观测到的宇宙半径大概是465亿光年。啥是可观测宇宙呢?就是以观测者为中心的一个球形空间,从这儿能瞧见宇宙的边儿。得注意啊,可观测宇宙的范围,可不是说凭着现有的观测本事能看到的最大宇宙范围。那些老远的天体发出来的光,还没来得及到地球让咱们瞧见呢,所以说,可观测宇宙就只是全宇宙的一部分罢了。那可观测宇宙在整个宇宙里占多少呢?现在科学家也只能靠各种推测瞎琢磨,谁也不知道宇宙到底有多大。还有个更重要的事儿,咱们这个宇宙啊,现在还不停地膨胀着呢。1917年,俄罗斯数学家弗里德曼从没有宇宙学常数的爱因斯坦场方程着手,得出了宇宙可能是动态演化的这么个结论。

他觉着宇宙从大尺度上看啊,又均匀又各向同性。就这么着,得出了一种简单的时空几何度规形式,就是那个FLRW度规,这就给研究宇宙膨胀搭起了理论的架子。1927年的时候,比利时有个天文学家叫勒梅特,提出了个「宇宙膨胀模型」,意思就是大尺度的空间呢,随着时间往前走就一个劲地膨胀。1929年呢,埃德温·哈勃长时间地观测,测了好多遥远星系的红移。他是怎么测距离的呢?就是量每个星系里一种叫造父变星的可变恒星的表观亮度,这么着就把相对距离给量出来了。等他把红移和相对距离的关系画成图,就发现远处星系的红移随着距离是直线往上增加的,也就是说星系往后退的速度和星系跟地球的距离是成正比的,这就得出了哈勃定律(v = Hd,v就是星系退行速度;H是哈勃常数;d是星系跟咱们的实际距离),这可是宇宙膨胀的重要证据。科学家们算出来,宇宙膨胀的速度可比光速快老多了。

对人类来讲,这可不是啥好消息。就是说,人类兴许永远都没法晓得宇宙的边界在哪儿。为啥呢?因为光速在宇宙里是最快的飞行速度,只要是有质量的东西,都到不了光速,更不可能超过光速。这么一来,超光速飞行就没法实现了。可宇宙膨胀的速度都超过光速了,那我们就永远看不到可观测宇宙外边的地儿了,也就不知道宇宙到底有多大了。并且宇宙膨胀得越来越快,到最后我们就和所有星系断了联系。这对人类来说,可太吓人了。现在科学家正积极想法子解决这个事儿呢。

这第二个还没解开的谜呢,就是宇宙命运这个谜。

宇宙往后会咋发展呢?最终的结局是啥样的呢?说到宇宙最后的命运啊,科学家给出了三种不一样的假说,就是大撕裂假说、大冻结假说和大坍缩假说。这仨假说都对宇宙的最终命运有个预测。大撕裂假说觉得啊,时间一长,宇宙膨胀的速度就一个劲儿地加快,到最后能超过物质之间相互作用的那个力,这么一来,宇宙里的所有东西都会被撕成最基本的粒子。大撕裂假说就是个说宇宙咋毁灭的假说,它觉得宇宙膨胀的加速度会不停地增大,最后超过物质之间相互作用的力,让宇宙里的一切都被撕成最基本的粒子。这个假说最开始是2003年由美国加州大学伯克利分校的物理学家Robert Caldwell、Marc Kamionkowski和Nikolai Gnedin提出来的。按照这个假说,随着时间的推移,宇宙膨胀的速度会慢慢变快,这是因为宇宙里暗能量的密度和宇宙里物质的密度比起来是越来越大了。

暗能量是一种负压力,为啥宇宙会加速膨胀呢?暗能量就能解释这个事儿。暗能量的密度要是达到一定量了,就会超过物质间的相互作用力,那物质就会被扯碎,这就叫大撕裂。大冻结还有个名儿叫「热寂」。到了这种情况,宇宙的温度就快到绝对零度了(就是零下273.15摄氏度),生命也就没了,宇宙里啥东西都不再运转了,整个宇宙黑咕隆咚的。这个理论觉得宇宙是个孤零零封闭着的系统,宇宙里的熵(就是系统的无序程度)一直在增多,到最后宇宙就会变成一种热力学平衡的状态。这时候,宇宙里的熵最大了。熵最大的时候呢,宇宙里所有的能量就会平均分布在整个宇宙空间里,同时宇宙的温度也接近(可就是到不了)绝对零度。在这么冷的条件下,啥东西的运动变化差不多都停了,生命肯定就不存在了。

大坍缩理论讲啊,咱们这宇宙不能一直这么膨胀下去。为啥现在宇宙还不停地膨胀呢?就是因为宇宙大爆炸产生的能量还没消耗光呢。要是有一天这能量全用完了,宇宙就不膨胀了,开始收缩,最后缩成宇宙大爆炸之前那样的奇点,到这时候,咱们这宇宙就算彻底完了。等这个奇点被啥东西干扰一下,宇宙大爆炸就又发生了,新宇宙也就诞生了,这么看宇宙也有轮回。不过宇宙最后到底啥命运呢?科学家们还在使劲研究呢。

第三个没解开的谜——宇宙里星系数量的谜。

哈勃望远镜以前拍到过最深最远的宇宙图像,那图像里有3000多个星系呢。咱们住的银河系,直径怎么也得有10万光年,可在宇宙里,银河系就是个小不点。2016年的时候,英国诺丁汉大学天体物理学教授克里斯托弗·孔塞利切带着一个国际研究团队,他们说可观测的宇宙里差不多有将近2万亿个星系。不过也有人这么想,按照哈勃望远镜和韦伯望远镜抽样拍摄的数据来看,可观测宇宙直径930亿光年,这才是真实宇宙范围的250分之一。要照这么个比例算的话,星系总共能有500万亿个。但这也就是理论上猜猜罢了。为啥呢?因为离地球超过145亿光年的星系,它们远离地球的速度比光速还快,发出来的光永远也到不了地球,现在全宇宙98%的星系都超过这个距离了。所以呀,要想知道宇宙里到底有多少星系,就得先知道宇宙到底有多大,这样才能算出宇宙里的星系数量来。

第四个没解开的谜——宇宙咋诞生的呢?

宇宙咋诞生的呢?人类走出地球以后啊,就特想知道这个事儿。现在好多人都晓得,如今所有星系都在离地球远去呢,这是因为宇宙一直在膨胀。这就说明啊,所谓的大爆炸,说不定就是宇宙膨胀弄出来的。也许是宇宙膨胀到了一定程度,有些物质就被猛地甩出去了,就跟手榴弹爆炸似的。宇宙大爆炸是从一个中心点炸开来,开始往外面辐射的,在这个过程里,大量的天体、星系就跟着产生了,宇宙也就变得越来越大,而且还一直在膨胀。科学家觉着,宇宙没个头儿,以后也会一直这么膨胀下去。这就是说,打从大爆炸发生的那时候起,宇宙就处在永生的状态了。不过呢,也有人觉得,宇宙大爆炸是在好多地方发生的。这就意味着,现在的宇宙可能没个准儿,老是不停地变呢。

除了这些猜想以外,还有些科学家觉得,咱们这个宇宙可能是高级文明给设计出来的。这可不是科学家瞎猜的,科学家发现宇宙里有不少基本物理常数,像引力常数、普朗克常数、电子电荷啥的,这些常数的值好像都经过了特别精细的调整。就说引力常数吧,要是它稍微变大点或者变小点,恒星咋形成啊,行星的轨道得乱成啥样,生命诞生那就更不可能了。这么高度的「微调」情况,让有些人就寻思,是不是有个超自然的设计者,说不定就是高级文明呢,精心调整了这些参数,好弄出个适合生命存在的宇宙环境。计算机科学发展起来以后,有人就把宇宙和计算机程序放一块儿比。宇宙里的物质和能量都得遵循物理定律,这些定律就好比计算机程序里的算法。

从微观的粒子活动,到宏观的天体运转,好像啥都照着定好的规矩来。就因为这种规矩性和秩序性,有些人就寻思着,宇宙说不定是一个特聪明的高级文明编出来的程序呢,就跟咱们设计编写计算机程序似的。所以不少科学家觉得,咱们这个宇宙可能就是高级文明设计的,只不过这个设计的系统太巧妙了,咱们到现在也找不出太多漏洞来。

第五个未解的谜——生命到底是咋诞生的呢?

科学家研究后知道,地球刚诞生那数亿年算是地球早期。那时候地球大气里氨、甲烷、水蒸气和氢气满满当当的。这些气体呢,跟地球表面岩浆和火山喷出来的热气互相一作用,就成了个特大的实验室。在这个天然的大实验室里,这些简单的气体在特别高的温度和特别大的压力下,发生了各种各样的化学反应,就产生了像氨基酸这类复杂的有机分子。这些有机分子可是生命的根基,就好比是搭生命用的积木,能组成各式各样的结构,有不同的功能。这就是有名的原始汤理论,也被叫做生命的热源。这个理论是说,生命是在地球表面的一片原始海洋里诞生的,化学反应产生了好多有机物质,这些有机物质慢慢凑成更复杂的分子,最后就有了最初的生命。

除了这个猜想以外,还有科学家觉得,地球上的生命都是彗星带来的。在太阳系早期啊,那太阳系乱得很,小行星到处乱飞是常有的事儿。好多彗星和小行星撞到地球,就把水还有别的生命元素带到地球上来了。这些元素可是构成生命的关键呢。经过老长时间的进化,地球生命就慢慢出现了,最后就成了我们现在看到的样子。虽说这些都是科学家的猜想,可也有点道理。小编觉着,人是地球上最聪明的生命,人的科技发展得可快了。虽说人对宇宙已经有个大概的了解了,可要是想把宇宙里所有的奥秘都解开,那可太难了。小编盼着人能早点实现自己的梦想。大家对这事儿有啥想说的吗?