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机关后勤工作总结|为什么我们可能永远无法知道
2020-03-05

为什么我们可能永远无法知道宇宙的一切?



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一直以来,揭开宇宙的本质是科学家梦寐以求的事情。不仅如此,科学家还想要实现对宇宙规律的控制,并且要知道从宇宙诞生起到今天存在的每一个粒子是如何运行的。


但这种终极的科学梦想在未来不一定会实现,即使未来科学家拥有更为强大的观测技术。这是因为早期宇宙很可能发生过暴胀,无论是现在还是将来,我们能观测到的那一部分宇宙仍然是有限的。在半径为465亿光年的可观测宇宙中,能量、粒子数量以及我们能收集到的信息都是有限的。


有限的观测范围

在138亿年前,宇宙从一个炽热、稠密的奇点中发生大爆炸而形成。此后,宇宙不断扩张和冷却,最终演变为如今的状态。


即使宇宙空间本身的结构在膨胀,即使光子能以终极宇宙速度(光速)穿过空间,我们只能看到有限的距离。无论空间结构膨胀得有多快,光速有多快,宇宙自诞生以来经过了多少时间,这些性质都不是无限的。因此,我们只能看到有限的距离,可观测宇宙中只包含有限数量的物质和能量,我们所能获得的信息量是有限的。


人类所知的宇宙

就目前所知,我们的星系中包含大约1000至4000亿颗恒星,整个可观测宇宙中包含大约2万亿个星系、10^80个原子、10^90个光子、10^54千克质能。我们还知道宇宙是如何聚集成星系群、星系团和丝状结构,以及它们是如何被巨大的宇宙空间分隔开来。我们还知道定义这些结构的宇宙距离尺度,以及宇宙如何随时间演变。


在宇宙大爆炸模型和广义相对论的框架下,我们能对宇宙的演化做出最好的解释。哈勃在百年前的重大发现改变了我们对宇宙的认知,大量远离银河系而去的星系表明,宇宙空间本身的结构正在膨胀。


如果宇宙在膨胀,那么,宇宙还在冷却。因为随着时间的推移,光的波长会被拉长,能量逐渐衰减。倘若如此,我们应该会看到一种具有特殊性质的余辉——宇宙微波背景辐射,这些光子可以追溯到宇宙最初阶段。


理论上,我们还应该会看到一个不断演变的宇宙结构网;最早的气体云应该有特定比例的轻元素,而重元素根本不存在。所有关炸金花游戏下载手机版于宇宙的预测都得到了观测的证实,宇宙大爆炸理论得到了广泛认可。


如果我们能理解宇宙的开始以及控制现实的规律,我们就能知道宇宙中所发生的一切。因此,我们所要做的就是利用物理定律来推断。然而,当宇宙学家推断出宇宙最早期的阶段,并把理论预言的与观测结果进行比较时,得到了意想不到的结果。


暴胀的早期宇宙

在最初时刻,宇宙是一个拥有无限温度和密度的无限小奇点。理论上,整个宇宙将会湮灭,或者几乎立即重新坍缩,宇宙中永远不会形成恒星或星系,除非宇宙的初始膨胀速率和初始能量密度没有达到完美的平衡。宇宙在不同的方向会有不同的温度,除非有什么东西使宇宙各处的温度变得均匀。另外,宇宙还将充满从未被探测到的高能遗迹。


但在现实中,宇宙中充满了恒星和星系,宇宙各个方向的温度都是一样的,宇宙中没有高能的遗迹。解决这一理论缺陷的最成功方法就是暴胀理论,该理论认为宇宙在极其短暂的时间内发生了剧烈的空间膨胀,这取代了奇点的概念,并预测了宇宙大爆炸理论无法预测的初始条件。


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此外,暴胀理论还做出了另外六个重要预测,其中五个已经被证,还有一个超出了人类目前的观测极限。


宇宙大爆炸理论中未解的问题和无法解释的谜团,为宇宙学家提出宇宙暴胀理论铺平了道路。宇宙暴胀理论再现了宇宙大爆炸理论的成功,解释了未解之谜,然后它自己做出了新的预测,并产生了可观测到的结果。


但新的问题又出现了,为什么早期宇宙中会发生暴胀?


根据暴胀模型,宇宙暴胀发生在宇宙诞生之后10^-35秒,持续时间仅10-33秒(10亿亿亿亿分之一秒)。由于在暴胀期间,宇宙空间呈指数式的扩张,这抹掉了之前发生的任何信息,将其与我们能观测到的宇宙分离开来,将其推到我们所能观测到的宇宙之外,宇宙真相随之消逝。


由于早期宇宙中发生过暴胀,使得我们只能了解到有限的宇宙。再加上宇宙本身可能是无限的,而我们对宇宙的认识永远不会是无限的,所以我们可能永远不会知道宇宙的一切。