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138亿岁的宇宙,为什么观测直径却达930亿光年?是暗物质在作祟?

作者:资深科普君

导语

“宇宙”这个名称最早可以追溯到西方古希腊时期,当时人们对宇宙的概念尚不明确,认为宇宙是万物存在的空间,或者是一切物质的来源,但随着人类对宇宙的认知不断深入,对宇宙的概念也在不断演变。

在古代,人们对宇宙的概念比较简单,认为宇宙包含时间和空间两个维度,但随着物质的不断发现,人们逐渐认识到宇宙中存在着许多不同形态的物质,所以对宇宙的定义也逐渐延伸,不再仅仅是时间和空间,而是包括一切物质。

那么早在什么时候,人们就已经认识到宇宙的概念呢?

宇宙又是怎么形成的?

宇宙的年龄又是多少?

宇宙的大小又是多少?

这两个数据之间又产生了什么矛盾?

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一、宇宙的起源和演化。

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在古代,人们认为宇宙是万物存在的空间,或者是一切物质的来源,对宇宙的定义也比较简单,只包含时间和空间两个维度,但是随着时间的推移和认知水平的不断提高,对宇宙的认识也不断发展和演变。

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公元前5世纪,希腊哲学家克拉提亚斯就认为宇宙是自然存在的,不需要任何神的干涉,这是对宇宙的第一次自然主义解释;

在此基础上,亚里士多德又认为宇宙是由五种元素组成的,分别是火、气、土、水以及以太,是由恒星和星体组成的天体系统。

然而,在17世纪,卢卡希亚诺·布尔哲在他的著作《宇宙的结构》中,提出了一个新的概念,认为宇宙除了由物质组成外,还包括了运动、发展等多个方面,是一个动态的整体;

在20世纪,爱因斯坦在发表广义相对论后,将引力场与时空场结合在一起,提出了一个新的概念,即引力场构成了四维时空场,因此宇宙不仅包含时间和空间,还包含引力场。

随着人们对宇宙的认知不断深入,对宇宙的概念也逐渐丰富起来,宇宙不再是简单的时间和空间,还包括一切物质,宇宙是由时间、空间和一切物质共同组成的,宇宙是一个复杂的、动态的整体。

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在人类快速发展的这138亿年中,宇宙也经历过数次大事件,从大爆炸到不断膨胀,从最初的夸克等基本粒子到今天的物质构成,经历了无数代的星体的形成和毁灭,形成了如今这个神秘浩瀚的星空。

在宇宙诞生后的380000年内,物质的密度和温度已经降低到了允许原子核被电子包裹的程度,这也导致了当时的宇宙中充满了原子核和电子,光子与电子之间的碰撞导致光子无法自由飞翔,形成了“光子大海”。

而在380000年以后,随着宇宙不断膨胀,物质的密度和温度也逐渐降低,光子和原子核之间的碰撞变得非常罕见,光子大海中的光子开始自由飞翔,这也就意味着宇宙中出现了“透明”现象。

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在宇宙出现“透明”后,光子就可以自由穿透宇宙中的物质,并且不断向外传播,而当光子传播到宇宙膨胀的边界处时,不断受到宇宙膨胀的影响,波长就会不断拉长,变成红移波,而这些红移波经过不断的观测和计算,最终形成了宇宙大爆炸的理论。

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而根据目前的观测数据,这一宇宙大爆炸理论也得到了验证,宇宙的年龄约为138亿年,但是在宇宙大爆炸学说中,宇宙诞生时是一个点,后来不断膨胀,形成了如今的样子。

那么根据这一理论,宇宙的直径应该是跟随宇宙不断膨胀而增加的,而宇宙的半径就代表了宇宙的年龄,直径与年龄成正比。

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因此,根据宇宙不断膨胀的速度和膨胀到现在这个样子的时间,可以计算得出宇宙的半径是138亿光年,而根据光速的速度和宇宙的年龄,可以计算出宇宙的直径是1380亿光年,这就产生了一个矛盾,宇宙的直径是1380亿光年还是930亿光年?

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二、宇宙半径与年龄之矛。

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根据宇宙大爆炸学说,宇宙是由一个点爆炸而成的,由于宇宙诞生时没有空间的概念,所以这一点也没有绝对位置,只能说是宇宙爆炸的中心,人们通常将这一点位置称为“宇宙中心”。

当宇宙开始膨胀后,这一点的所在位置也一直保持在宇宙中心,但是随着宇宙的不断膨胀,人们对宇宙的认知也逐渐演变,认为宇宙是无限的,但是在无限的宇宙中,如何确定宇宙的中心呢,这也就导致了人们不再认为宇宙是膨胀成一个球体的,而是膨胀成了一个无限大的平面。

因此,人们就将宇宙的直径和半径的概念引入到了宇宙中,根据这一理论,直径就是从一个边缘到另一个边缘的距离,半径就是从一个边缘到宇宙的中心的距离,同时,这一理论也解释了为什么宇宙的半径是138亿光年。

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但是在2018年,人们就对这一理论进行了进一步的验证,他们利用欧洲空间局进行的引力波观测,对宇宙的大小进行了重新的计算,最终得出了结论,宇宙的半径是465亿光年,这与宇宙的年龄相差很远。

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为什么同样的理论,不同的人却对宇宙的大小产生了不同的结论?

事实上,这一理论并没有错,之所以会有这一矛盾,是因为光子传播的影响,当光子在宇宙中不断传播时,会受到物质的引力影响,因此会受到一定的偏移,并且光子传播的速度也不是无穷大的,有一定的传播速度。

在宇宙诞生后的380000年内,光子和物质之间的碰撞会使光子无法自由传播,因此会遇到“光子大海”的阻碍,但是在380000年之后,光子就会逐渐自由传播了,并且在宇宙中,光子的传播速度是有限的,而物质之间的距离是无限的。

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因此,光子在不断传播的过程中,会受到宇宙的膨胀和物质之间的引力的影响,因此光子就会受到一定的偏移,并且在380000年后,宇宙物质的密度就会比较稀薄,因此光子之间的碰撞会少,光子就会以直线传播,但是在宇宙中存在着许多恒星、星系等物质。

这些物质会对光子产生折射,在经过无数次的折射后,光子就会受到一定的偏转,因此在光子穿过遥远的宇宙时,会受到很多因素的影响,最终形成了宇宙微波背景辐射,而这一辐射就相当于一个天体的外层边界。

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当人们观测这一辐射时,就会认为,宇宙的直径是宇宙微波背景辐射所能到达的地方,因此根据这一理论进行计算,得出宇宙的直径是465亿光年,而这一结果与宇宙的半径是138亿光年相一致,因此就产生了这一矛盾。

三、宇宙大小和年龄的推测。

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但是有一颗恒星“玛土撒拉”(Matusalem),它是宇宙中一颗寿命非常长的恒星,它的寿命可以达到“1380亿年”,这就与宇宙的年龄138亿年产生了矛盾,那么为什么它的寿命会比宇宙的年龄还大呢?

事实上,人们对宇宙的起源和演化一直存在着许多的疑惑,宇宙大爆炸理论是目前流行的宇宙起源理论,人们也根据这一理论对宇宙的年龄和大小进行了推测,但是这一理论仍然存在着许多未知,无法解释一些现象。

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因此,人们就从多个角度对宇宙进行重新的观察和研究,利用多个天文观测设备,对宇宙进行观测,并且在2015年,人们又发现了新的证据,即暗物质对宇宙的影响,这也使人们对宇宙的年龄产生了怀疑。

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在2015年,人们发现了一种新的物质,称为“暗物质”,这种物质与一般的物质不同,它是由一种粒子组成的,这种粒子与一般的物质粒子不同,它是无法被探测的,但是它对一般的物质粒子有引力,因此可以对宇宙的形成产生影响。

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在宇宙大爆炸过程中,暗物质就会对宇宙产生引力,使宇宙不断扩大,在宇宙的膨胀过程中,暗物质不断融合,最终形成恒星、星系等物质,因此暗物质对宇宙的形成产生了巨大的影响。

138亿岁的宇宙,为什么观测直径却达930亿光年?是暗物质在作祟?

但是这一理论也存在着不同的观点,有人认为,暗物质是一种未知的物质,它与一般的物质粒子不同,但是其性质仍然是未知的,暗物质对宇宙的形成产生了很大的影响,但是其具体产生的过程仍然是未知的。

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因此,人们就有一种新的理论,即平行宇宙理论,根据这一理论,宇宙是由多个平行的宇宙组成的,而这些平行宇宙在不断的发展和演化,它们之间存在着许多的差异,根据这一理论,就解释了宇宙中的差异。

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但是这一理论也存在着不同的观点,有人认为,平行宇宙是一种未知的宇宙,它与我们的宇宙不同,但是其具体的性质仍然是未知的,因此,人们就对宇宙的年龄和大小进行了重新的推测,但是这些都仍然是未知的。

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结语

138亿岁的宇宙,为什么观测直径却达930亿光年?是暗物质在作祟?

宇宙的起源和演化是一个复杂而神秘的课题,人们对宇宙的认知仍然是不断深入的,但是宇宙仍然存在着许多未解之谜。

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因此,人们就不断对宇宙进行研究和探索,希望能够揭示宇宙的真实面貌,但是这一过程将会是非常艰辛的,因此人们就对宇宙的认知需要谦逊和开放的心态。

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