宇宙无中心有物理法则,套娃层次大尺度结构
很多人说起平行宇宙会滔滔不绝,说起多维宇宙也堪比哲学家,但是如果一本正经地问他:什么是宇宙?大概很多人会语塞。
如果简单地回答;宇宙就是天上呗。自己觉得很没深度,不屑说出口。
如果想全面地回答,又因为平时研究得太高端了,宇宙的基础知识储备还真拿不出手。
下面就把被许多人忽视的宇宙基本概况分享给诸位。
宇宙宏观状态
1.银河与银河系两者是什么关系?不知道的人请举手。
什么是宇宙?仰天长啸,抬望眼寻觅传说中的银河。现在银河也不是你想观测就能观测得到的,也要看缘分。
在空旷的原野,趁着月黑风高,晴朗的夜空上还是可以看到银河的,就是隔断牛郎织女的银河。
银河看起来是密密麻麻的星星集中起来排列的一条带状物。这就是地球人看到的银河系的样子。地球就是银河系里无数星星的其中一个。当局者迷,地球人能看到的银河系只能是一条河的形象。而银河系的全貌却是一个优雅地旋转着的具有4条旋臂的棒旋状物,也可以想象是个风车。
银河与银河系的区别在这里就清楚了,啰嗦一句:银河就是银河系被地球人站在地球上看到的样子。
2.宇宙的层次构造像俄罗斯套娃
从上面银河、银河系的关系中,可以体会到银河系里包括地球的实感。其实宇宙就是这种大的包括小的,没有最大,只有更大的一层套一层的构造,所谓层次构造,用俄罗斯套娃来比喻很恰当。只是有人把俄罗斯套娃的宇宙比喻误解为是多重宇宙的意思,简直是低级的误解。多重宇宙指的是有其他的宇宙,而这种套娃式层次构造的宇宙无论有多少层,都是属于我们这个宇宙!
银河系如果不特指的话,也叫星系,星系是构成宇宙的基本单位。包含恒星、气体、宇宙尘埃和暗物质,并且受到引力束缚的,环绕着某个质量中心运转。多个星系也会聚集成更大的星系团,星系团又会聚集成更更大的超星系团,以此类推。
显而易见套娃构造大致如下:地球→地月系→太阳系→银河系→星系团→超星系团→超星系团复合体→可观测宇宙→宇宙
被我们观测到的星系有亿个,说银河系在宇宙里好比是一个细胞在人体里,是不是感觉整个人都不好了。
3.宇宙大尺度结构与宇宙学原理
宇宙大尺度结构(largescalestructureofthecosmos)指宇宙在大范围内(典型的尺度是十亿光年)质量和光的分布特征。研究出的结论是观测尺度足够大后,宇宙物质的空间分布是均匀的和各向同性的。于是宇宙学家给出了一个工作假设:在宇宙学尺度上,任何时刻,三维空间是均匀的和各向同性的。这个假设叫宇宙学原理。
4.宇宙没有中心
宇宙学原理作为假设,宇宙学家们的各种观测计算虽然还不能%证实它,但是显示出它的合理性。
宇宙在总体范围看应该是各处都一样,没有特殊的地方。宇宙无限大,没有中心也没有边缘。
宇宙学原理也要求宇宙的全领域都适用同样的物理法则。特定的领域不存在引力、或者特定的领域是2维空间等都是不被认可的,实际上也从来没有观测到过。宇宙学原理与观测结果是一致的。
粒子物理的标准模型是目前公认的宇宙物理法则
这里有人可能会想吐槽:量子物理、超弦理论、M理论等头部物理理论不说,为啥特意说粒子物理?
那是因为粒子物理对基本粒子的描述用的就是量子力学的量子场论。粒子物理与量子力学不可分。大型强子对撞机等这些天价实验设备让粒子物理的理论大部分得到了很好的验证。
相反超弦理论、M理论被更多地归为一个数学框架而非科学,因为目前处在不可实验验证的纯理论阶段,一个有效的理论,必须通过实验与观察,并被经验地证明才可以。
粒子物理虽然也不是美轮美奂完美,但是从观测到实验经受住了无数次的考验,而且在实用性上也是一流的。
1.四种基本力,引力还没有被统一,科学家正在努力中
如此浩瀚的宇宙却只是在四种相互作用力控制下得到的稳定形态,确实不可思议。
这四种基本力是:强核力、弱核力、电磁力、引力。
其中强核力、弱核力、电磁力被量子电动力学统一,粒子物理标准模型只描述了这三种基本力,忽略了引力,当然忽略引力在当前的理论水平和实验条件下是可以的才忽略的。
另外忽略引力还有一个不得已的原因是引力仍无法量子化,无法统一到另外三种力里面。但是引力控制着宏观世界的运行,万有引力是形成天体系统不可或缺的,没有引力,我们已知的生命形式也将不会出现。
2.对基本粒子及基本粒子之间的相互作用力的描述就是粒子物理标准模型
标准模型里包括了61种基本粒子,这些基本粒子属于微观世界,宏观世界的我们不可见。61种基本粒子在强核力、弱核力、电磁力三种基本力的作用下形成了我们可见的粒子。基本粒子经过各种组合,由微观世界跨越到宏观世界。引力被忽略但是引力一直存在,到了宏观世界引力就不可以忽略了。
3.到了宏观世界,物理规则变得简单,中二也可以理解。
通过标准模型的物理法则微观基本粒子形成微观粒子,微观粒子又形成宏观粒子,引力变得不可忽略,进一步的生成就形成了宇宙本身。宇宙就是在四个基本力作用下无限多的基本粒子的宏观表现。
宏观世界适合经典牛顿力学,顿时感觉轻松很多。
4.时间算什么角色?
最近“时间根本不存在”的说法甚嚣尘上,物理学家们在争执不休。
其实宇宙两个字本身的字义是含有时间的。“宇”是所有空间的意思;“宙”指的是古往今来的时间。
那么时间算不算是宇宙的一部分,这就有点哲学的味道了。
宇宙的定义也不是唯一的,不同的科学分野对宇宙的理解和定义不同。有一种说法是:上空米以上都是宇宙。还有人说每个人都是一个宇宙。所以要看研究方向是什么,不可钻牛角尖。
如果从物理学为应用服务的角度来研究宇宙,以标准模型定义的宇宙最为合适了。
所以个人认为时间还是算在宇宙里符合通常的生活经验。
总结
1.宇宙在大尺度范围内观察各处是一样的,没有特别的区域。
2.宇宙无限大,没有中心、没有边缘。
3.宇宙全体遵从相同的物理法则。
4.是在观测的结果上成立的学说。
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