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宇宙的中心在哪?

文章发表于2023-11-08 10:14:35,归属【科技前沿】分类,已有494人阅读

科技前沿

仰望晴朗的夜空,你可以从每个方向看到星星。你几乎感觉自己就在宇宙的中心。如果不是,宇宙的中心在哪里?

事实上,宇宙没有中心。自从137亿年前的大爆炸以来,宇宙一直在膨胀。尽管被称为“大爆炸”,但它并不是一场从中心点向外爆发的爆炸。宇宙开始时非常紧凑和微小。然后宇宙中的每一点都在膨胀,直到今天。所以,没有原点,宇宙就没有中心。

考虑这个问题的一种方法是想象一只二维蚂蚁,它生活在一个完美的球形气球表面。从蚂蚁的角度来看,表面上的每个地方看起来都是一样的。球体表面没有中心,也没有边缘。

如果你给气球充气,蚂蚁会看到它的二维宇宙膨胀。在表面上画点,它们会彼此远离,就像我们真实宇宙中的星系一样。

对于这个二维宇宙中的蚂蚁来说,任何垂直于气球表面的第三维度——比如进入气球的中心——都没有物理意义。

“它知道自己可以前进也可以后退。它可以向左或向右移动,”俄亥俄州立大学的天体物理学家芭芭拉·赖登说。“但它没有上下的概念。”

我们的宇宙是蚂蚁的2D气球宇宙的3D版本。但是气球的比喻,由于它的表面积有限,代表了一个有限的宇宙——宇宙学家仍然不确定对宇宙的描述是否正确,Ryden说。由于宇宙大爆炸以来光传播的距离有限,宇宙学家的观测只能提供对宇宙有限的一瞥,但整个宇宙可能是无限的。

如果是这样的话,那么你可以用一个扁平的、不断膨胀的橡胶片代替气球,这种橡胶片可以永远延伸下去。或者,如果你想想象一个三维宇宙,想象一条无限膨胀的葡萄干面包。葡萄干,在这种情况下,代表星系飞离彼此。“如果宇宙是无限的,”Ryden告诉Live Science,“就没有中心。”

宇宙是平的还是弯的取决于宇宙中质量和能量的总量。如果宇宙的质量和能量密度恰到好处——即所谓的临界密度——那么宇宙就会像一张纸一样平坦,以稳定的速度膨胀。

但如果密度更高,那么宇宙就会像气球一样弯曲。密度增加带来的额外引力会减缓宇宙膨胀,最终使宇宙膨胀停止。

同时,在低于这个临界密度的情况下,宇宙膨胀会加速得更多。在这种情况下,宇宙的曲率为负,形状有点像马鞍。然而,它仍然是无限的,因此没有中心。

到目前为止,理论观点和观测——比如宇宙微波背景辐射、大爆炸,都指向一个非常平坦的宇宙。但宇宙学家仍然不确定宇宙是否真的是平的,或者曲率太大,宇宙只是看起来是平的——就像地球表面感觉是平的一样。

宇宙没有中心——推而广之,也没有边缘——这与宇宙学原理是一致的,即宇宙中没有一个地方是特殊的。对星系团如何分布和宇宙微波背景的观察揭示了一个宇宙,当你把它放大到足够远的地方时,它看起来确实到处都一样。

纵观历史,人类一直错误地认为我们处于或接近宇宙的中心——不管这个中心是地球、太阳还是银河系。但无论我们人类认为自己有多特别,到目前为止,宇宙都证明了事实并非如此。