宇宙是什么形状的,宇宙是什么样子的?

2021-03-12 22:32:43 字数 5041 阅读 4480

1楼:北京理工大学出版社

最简单、最容bai

易想象的形状du是球形;其次是轮zhi胎形,或叫甜面包圈形、dao环形;再就是内一个瓶

容嘴弯过来插在瓶身上的形状,即克莱因瓶形。目前科学家的**认为宇宙的形状可能是这三种形状之一。当然,宇宙的实际形状也可能是与以上三种形状截然不同的形状。

宇宙到底是什么形状,这要靠未来的科学技术去揭晓。不过有一点是清楚的,宇宙的形状只能从理论上去确定,因为我们不可能跑到宇宙之外去观测宇宙。

宇宙是什么样子的?

2楼:匿名用户

按照宇宙大**理论,我们的宇宙应该是一个半径在140亿光年左右的球形。由于宇宙的膨胀红移、引力红移等效应,这个球形以地球(或太阳,或银河系)为球心。但这并不是说我们恰好在宇宙的中心,只是从我们地球看出去,各个方向上宇宙的结构和平均密度都差不多。

这不是巧合。从宇宙中任何一个地方看出去,都是这个样子。换句话说,在宇宙中,任何一个地方都是宇宙的中心。

在宇宙中,各个星系及星系团、星系群基本上是平均分布的。但也存在小的相对高密度区(集中分布区)。星系以集群的方式在宇宙中构成一张大网,几乎所有的星系都分布在网上,“网格”的中间几乎是空的,形成大尺度上的“气泡”。

这类结构差不多是以10亿光年为一个“结构单元”在重复。

以10亿光年为结构单元的宇宙就是下面这个样子。其中每一个小亮点都是一个与银河系类似的巨大星系。

3楼:鲁工伏以彤

1917年,爱因斯坦发表了著名的“广义相对论”,为我们研究大尺度、大质量的宇宙提供了比牛顿“万有引力定律”更先进的**。应用后,科学家解决了恒星一生的演化问题。而宇宙是否是静止的呢?

对这一问题,连爱因斯坦也犯了一个大错误。他认为宇宙是静止的,然而1929年美国天文学家哈勃以不可辩驳的实验,证明了宇宙不是静止的,而是向外膨胀的。正像我们吹一只大气球一样,恒星都在离我们远去。

离我们越远的恒星,远离我们的速度也就越快。可以推想:如果存在这样的恒星,它离我们足够远以至于它离开我们的速度达到光速的时候,它发出的光就永远也不可能到达我们的地球了。

从这个意义上讲,我们可

以认为它是不存在的。因此,我们可以认为宇宙是有限的。

“宇宙到底是什么样子?”目前尚无定论。值得一提的是史蒂芬·霍金的观点比较让人容易接受:

宇宙有限而无界,只不过比地球多了几维。比如,我们的地球就是有限而无界的。在地球上,无论从南极走到北极,还是从北极走到南极,你始终不可能找到地球的边界,但你不能由此认为地球是无限的。

实际上,我们都知道地球是有限的。地球如此,宇宙亦是如此。

怎么理解宇宙比地球多了几维呢?举个例子:一个小球沿地面滚动并掉进了一个小洞中,在我们看来,小球是存在的,它还在洞里面,因为我们人类是“三维”的;而对于一个动物来说,它得出的结论就会是:

小球已经不存在了!它消失了。为什么会得出这样的结论呢?

因为它生活在“二维”世界里,对“三维”事件是无法清楚理解的。同样的道理,我们人类生活在“三维”世界里,对于比我们多几维的宇宙,也是很难理解清楚的。这也正是对于“宇宙是什么样子”这个问题无法解释清楚的原因。

1、均匀的宇宙银河是由无数个太阳系组成的大星系,我们的太阳系处在银河系的边缘,围绕着银河系的中心旋转,转速大约每秒250千米,围绕银心转一圈约需2.5亿年。太阳系的直径充其量约1光年,而银河系的直径则高达10万光年。

银河系由1000多亿颗恒星组成,太阳系在银河系中的地位,真像一粒砂子处在北京城中。后来又发现,我们的银河系还与其他银河系组成更大的星系团,星系团的直径约为107光年(1000万光年)。目前,望远镜观测距离已达100亿光年以上,在所见的范围内,有无数的星系团存在,这些星系团不再组成更大的团,而是均匀各向同性地分布着。

从望远镜看来,不管多远距离的星系团,都均匀各向同性地分布着。因而我们可以认为,宇观尺度上(10的5次方光年以上)物质分布的均匀状态,不是现在才有的,而是早已如此。

2、有限而无边的宇宙爱因斯坦1915年发表广义相对论,1917年就提出一个建立在广义相对论基础上的宇宙模型。这是一个人们完全意想不到的模型。在这个模型中,宇宙的三维空间是有限无边的,而且不随时间变化。

以往人们认为,有限就是有边,无限就是无边。爱因斯坦把有限和有边这两个概念区分开来。一个长方形的桌面,有确定的长和宽,也有确定的面积,因而大小是有限的。

同时它有明显的四条边,因此是有边的。如果有一个小甲虫在它上面爬,无论朝哪个方向爬,都会很快到达桌面的边缘。所以桌面是有限有边的二维空间。

如果桌面向四面八方无限伸展,成为欧氏几何中的平面,那么,这个欧氏平面是无限无边的二维空间。我们再看一个篮球的表面,如果篮球的半径为r,那么球面的面积是4πr的2次方,大小是有限的。但是,这个二维球面是无边的。

假如有一个小甲虫在它上面爬,永远也不会走到尽头。所以,篮球面是一个有限无边的二维空间。按照宇宙学原理,在宇观尺度上,三维空间是均匀各向同性的。

爱因斯坦认为,这样的三维空间必定是常曲率空间,也就是说空间各点的弯曲程度应该相同,即应该有相同的曲率。由于有物质存在,四维时空应该是弯曲的。三维空间也应是弯的而不应是平的。

爱因斯坦觉得,这样的宇宙很可能是三维超球面。三维超球面不是通常的球体,而是二维球面的推广。通常的球体是有限有边的,体积是4/3πr的3次方,它的边就是二维球面。

三维超球面是有限无边的,生活在其中的三维生物(例如我们人类就是有长、宽、高的三维生物),无论朝哪个方向前进均碰不到边。假如它一直朝北走,最终会从南边走回来。

爱因斯坦试图在三维空间均匀各向同性、且不随时间变化的假定下,救解广义相对论的场方程。场方程非常复杂,而且需要知道初始条件(宇宙最初的情况)和边界条件(宇宙边缘处的情况)才能求解。本来,解这样的方程是十分困难的事情,但是爱因斯坦非常聪明,他设想宇宙是有限无边的,没有边自然就不需要边界条件。

他又设想宇宙是静态的,现在和过去都一样,初始条件也就不需要了。再加上对称性的限制(要求三维空间均匀各向同性),场方程就变得好解多了。但还是得不出结果。

反复思考后,爱因斯坦终于明白了求不出解的原因:广义相对论可以看作万有引力定律的推广,只包含“吸引效应”不包含“排斥效应”。而维持一个不随时间变化的宇宙,必须有排斥效应与吸引效应相平衡才行。

这就是说,从广义相对论场方程不可能得出“静态”宇宙。要想得出静态宇宙,必须修改场方程。于是他在方程中增加了一个“排斥项”,叫做宇宙项。

这样,爱因斯坦终于计算出了一个静态的、均匀各向同性的、有限无边的宇宙模型。一时间大家非常兴奋,科学终于告诉我们,宇宙是不随时间变化的、是有限无边的。看来,关于宇宙有限还是无限的争论似乎可以画上一个句号了。

3、膨胀或脉动的宇宙几年之后,一个名不见经传的前苏联数学家弗利德曼,应用不加宇宙项的场方程,得到一个膨胀的、或脉动的宇宙模型。弗利德曼宇宙在三维空间上也是均匀、各向同性的,但是,它不是静态的。这个宇宙模型随时间变化,分三种情况。

第一种情况,三维空间的曲率是负的;第二种情况,三维空间的曲率为零,也就是说,三维空间是平直的;第三种情况,三维空间的曲率是正的。前两种情况,宇宙不停地膨胀;第三种情况,宇宙先膨胀,达到一个极大值后开始收缩,然后再膨胀,再收缩……因此第三种宇宙是脉动的。弗利德曼的宇宙最初发表在一个不太著名的杂志上。

后来,西欧一些数学家物理学家得到类似的宇宙模型。爱因斯坦得知这类膨胀或脉动的宇宙模型后,十分兴奋。他认为自己的模型不好,应该放弃,弗利德曼模型才是正确的宇宙模型。

如果认为星系的红移、紫移是多普勒效应,那么大多数星系都在远离我们,只有个别星系向我们靠近。随之进行的研究发现,那些个别向我们靠近的紫移星系,都在我们自己的本星系团中(我们银河系所在的星系团称本星系团)。本星系团中的星系,多数红移,少数紫移;而其他星系团中的星系就全是红移了。

1929年,美国天文学家哈勃总结了当时的一些观测数据,提出一条经验规律,河外星系(即我们银河系之外的其他银河系)的红移大小正比于它们离开我们银河系中心的距离。由于多普勒效应的红移量与光源的速度成正比,所以,上述定律又表述为:河外星系的退行速度与它们离我们的距离成正比:

v=hd

式中v是河外星系的退行速度,d是它们到我们银河系中心的距离。这个定律称为哈勃定律,比例常数h称为哈勃常数。按照哈勃定律,所有的河外星系都在远离我们,而且,离我们越远的河外星系,逃离得越快。

哈勃定律反映的规律与宇宙膨胀理论正好相符。个别星系的紫移可以这样解释,本星系团内部各星系要围绕它们的共同重心转动,因此总会有少数星系在一定时间内向我们的银河系靠近。这种紫移现象与整体的宇宙膨胀无关。

哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。另一个可能是,哈勃已经知道当时的宇宙膨胀理论,所以大胆认为自己的观测与该理论一致。以后的观测数据越来越精,数据图中的点也越来越集中在直线附近,哈勃定律终于被大量实验观测所确认。

4、宇宙有限还是无限现在,我们又回到前面的话题,宇宙到底有限还是无限?有边还是无边?对此,我们从广义相对论、大**宇宙模型和天文观测的角度来**这一问题。

满足宇宙学原理(三维空间均匀各向同性)的宇宙,肯定是无边的。但是否有限,却要分三种情况来讨论。

今天,我们仍然肯定不了宇宙究竟有限还是无限,只能肯定宇宙无边,而且现在正在膨胀!此外,还知道膨胀大约开始于100亿-200亿年以前,这就是说,我们的宇宙大约起源于100亿-200亿年之前。

5、爱因斯坦宇宙模型

根据物理理论,在一定的假设前提下提出的关于宇宙的设想与推测,称为宇宙模型。

广义相对论的物理理论。这一理论认为,宇宙中没有绝对空间和绝对时间,无论是空间和时间都不能与物质隔开来,空间和时间均受物质影响;引力是空间弯曲的效应,而空间弯曲是由物质存在决定的。爱因斯坦将他的理论应用于宇宙研究,1917年发表了《根据广义相对论的宇宙学考察》的**,他将广义相对论的引力场方程用于整个宇宙,建立起一种宇宙模型。

当时科学家普遍认为宇宙是静止的,不随时间变化的。虽然在几年前,美国天文学家斯里弗已发现了河外星系的谱线红移(显然这是对静止宇宙的挑战),但由于当时正值第一次世界大战,这一消息并没有传到欧洲。因此,爱因斯坦也和大多数科学家一样,认为宇宙是静态的。

爱因斯坦想从引力场方程着手,得出一个宇宙是静态的、均匀的、各向同性的答案。但他得到的解是不稳定的,表明全间和距离不是恒定不变的,而是随时变化的。为了得到一个空间是稳定的解,爱因斯坦人为地在引力场方程中引入一个叫做“宇宙常数”的项,让它起斥力的作用。

爱因斯坦得出一个有限无边的静态宇宙模型,称为爱因斯坦宇宙模型。为了便于理解,可把它比喻为三维空间中的一个二维球面:球面的面积是有限的、但沿着球面没有边界,也无中心,球面保持静态状态。

几年以后,爱因斯坦得知河外星系退行,宇宙是膨胀的消息后,非常后悔在自己的模型中加了一个宇宙常数项,称这是他一生中犯的最大错误。

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