免费送彩金可直接提款:三選一的難題 最新研究傾向宇宙是個「球」

最新资讯 2019年11月19日 4:05

三選一的難題 最新研究傾向宇宙是個「球」

三選一的難題 最新研究傾向宇宙是個「球」

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根據廣義相對論☆∟,當宇宙的總體密度(即平均密度)等於臨界密度時♀□□,宇宙形狀為無限、平坦的三維歐氏空間;當總體密度大於臨界密度時♀♂,宇宙的幾何性質表現為球面幾何;如果宇宙空間中物質總量太少π,使得其密度小於臨界密度的話↑♂◇,宇宙表現為雙曲幾何﹡﹡⊙。

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封閉

宇宙幾何模型圖

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宇宙微波背景輻射則為推算宇宙平均密度提供了很大助力♂。20世紀90年代末的毫米波段氣球觀天計劃中⌒,人們通過對宇宙微波背景輻射的相關數據收集∵♂⊿,測量出宇宙總體密度與臨界密度的比值接近於1⌒。「實驗是存在誤差的♂〇,因此基於這一結果↑,人們認為宇宙沒有明顯的正曲率或負曲率∵♂,幾乎是平坦光滑的空間結構△∴。」陳學雷表示△△,這也與宇宙暴脹理論所預測的平坦宇宙不謀而合□⊿┊。

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根據廣義相對論◇,物質的存在使得時空彎曲∟∴。在巨大質量的天體附近∟,光線不「走」直線⌒,而是「走」曲線〇。後來▽﹡□,隨着對宇宙的認知進一步加深⊙,人們發現∵⊿⌒,實際上宇宙的真實形狀存在着多種可能性∟□。

無數科學家都曾對其有過諸多猜想◇∟,這個疑問也始終沒有確切的答案⊙☆◇。經過多年的觀測和推演♂,這些猜想逐漸收斂到一個主流的觀點上——宇宙是無邊無際的平坦三維空間◇。

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「而此次研究相當於不僅採用了最大熱斑的三角形∟,還同時分析了其他振蕩所產生熱斑的三角形┊,宇宙是封閉球面的結果相對更加可信♂﹡。」陳學雷談道﹡,「文章中還提到了對除宇宙微波背景輻射之外的觀測⊙??,如超新星等↑,擬合效果並不理想┊﹡π,這表明還有一些東西我們未考慮到?♀,需要進一步的探索∵﹡⊙。」

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那麼??,這三種可能性究竟哪種才是宇宙的真實形狀呢♂?我們又是用何種方法測算出宇宙的形狀呢?↑∴?「主要有兩種思路?π,其一是用幾何的方法測量♂♂↑,其二是用密度的方法去界定♂。」陳學雷介紹∟△。眾所周知◇⌒□,在平直空間的歐氏幾何中☆,任何三角形的內角之和都是180°?〇。但是如果在球面上或曲率為正的曲面上☆□,內角加起來將超過180°☆⌒。而在雙曲面或曲率為負的曲面上﹡,三角形內角加起來將小於180°◇。幾何測量方法的原理是□,以觀測者作為一個頂點⌒∵⌒,再在空間選取2個點∵♂,構成一個三角形〇﹡◇。如果我們能測出三條邊的邊長∴,在歐氏幾何中就可以確定這一具有唯一性的三角形π⌒,其頂角的大小就可以計算出來┊⊿∵。另一方面⊙,我們也可以通過直接觀測得到我們所在的頂角的大小∟π,與計算值相比↑∵△,就可以確定是否一致π∵,還是更大或更小⌒∵◇。

兩種思路探索宇宙形狀之謎以牛頓引力為基礎的牛頓宇宙觀認為↑,宇宙是無限無邊的三維歐氏幾何空間⌒,即宇宙分佈在我們常說的立體幾何空間里♀?♂,這一空間是無限的⌒,其中均勻地分佈着無限多的天體♀☆。然而♀?,這一假設與引力理論並非完全契合?〇,而是存在某些矛盾◇。

因曲率不同?⊙,宇宙可能有三種不同的形態〇⌒⊙,即平直的三維歐氏幾何空間、彎曲的封閉三維球面和彎曲的三維雙曲面﹡。

如果這個頂角的觀測值和計算值(真實值)相等♂∵π,表明宇宙是平直的三維歐氏空間;如果觀測值大於計算值∴□♂,則表明光線在一個正曲率面上穿行?↑,即宇宙為球面;如果觀測值小於計算值〇,則表明宇宙是負曲率的雙曲面⌒⌒┊。

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以往也曾有研究指出△┊⌒,宇宙的形狀並非平坦的三維歐氏空間▽。為何此次研究□∵,學界較為關注⌒?「以往的研究通常會根據宇宙微波背景輻射的熱斑判斷宇宙形狀♂∴。」陳學雷告訴記者☆☆,宇宙微波背景輻射的溫度是不均勻的△☆。宇宙早期存在聲波振蕩⊙☆⊙,第一次振蕩產生的熱斑最大♂☆。以往的研究相當於只是在這個最大熱斑的基礎上畫了一個三角形□⊙♂,測量宇宙曲率〇∴⊿。事實上▽⊿⌒,如果改變其中某些參數?⌒☆,即便不同的模型也可能會擬合出同樣的曲線□↑∟,因此準確度相對較低♂,可信度也較低☆∵。

這三種可能的宇宙形狀中∵∵♂,只有封閉三維球面是有限的空間☆。三維雙曲面就像馬鞍的形狀一樣⊿♂▽,馬鞍的雙側下沿無限延伸◇□〇。而平坦的三維歐氏空間就更無邊無際了◇△△。

結果更可靠但爭論遠未塵埃落定這項研究結果可靠嗎△⊿?宇宙形狀的爭論是否也就此塵埃落定┊〇▽?「此次研究中所採用的統計學研究並非無懈可擊〇♀,還存在一定的誤差┊。但如果事實確實如此⌒◇,那必然會推翻很多傳統的認知∵⊿。」陳學雷告訴科技日報記者□□,研究人員可能會低估統計誤差?⌒,所以真實的概率或許沒有99%這麼高▽π⊙。

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「值得注意的是♀♂♂,所有的參數推演都是基於一定的模型♂♀,例如通過時間和速度⌒▽⌒,可以計算出路程?↑♂。路程、時間、速度這三者之間的關係就是一個簡單的模型⊿π▽。而這項研究中∵♂,我們並不確定其用到的模型本身是否包含了所有的物理學效應♂♂,這是值得進一步研究的⌒。」陳學雷指出♀,比如未考慮到某些效應?,或存在一些未知效應⊙π,就會影響我們對宇宙真實形狀的判斷┊。

「最常見的有3種可能┊▽↑,即平直的三維歐氏幾何空間、彎曲的封閉三維球面和彎曲的三維雙曲面∵﹡□。」陳學雷表示☆♂,即宇宙曲率分別為零、正和負時∴⌒,宇宙所呈現的三種不同形態□﹡。

此次研究中∵,瓦倫蒂諾等人通過普朗克衛星觀測得到宇宙微波背景輻射「引力透鏡化」程度的數據基礎ππ,又分析了大量數據♂♀⊙,採用不同的模型對這些數據進行擬合♂⊙⊙,相關計算得出宇宙是封閉球面的概率約為99%☆?◇。

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具有巨大盤面的扁球體□△◇,就像個超級大號的鐵餅——這是我們賴以生存的銀河系的肖像〇。那麼↑?﹡,宇宙是什麼形狀的呢△?

平坦

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研究人員也表示:「我不想說我相信一個封閉的宇宙?π。」他認為↑↑π,這一結果只是表明與以往的研究有差異△,至於為何會存在這一差異?♂﹡,應謹慎地探索其中原因∴﹡。

另外一種思路取決於膨脹宇宙的總體密度和臨界密度的關係♀。臨界密度取決於膨脹速度∴♂┊,某一時刻的膨脹速度越高↑♂,臨界密度也越高┊。

微波背景輻射掀起宇宙神秘面紗如果沿着宇宙密度的思路去研究﹡┊,實際操作起來也很困難┊┊。原因在於♂?△,雖然我們已經測算出了與哈勃常數相關的臨界密度值π,但宇宙的總體密度卻很難測准〇。星系間存在廣袤的空間┊,星系內和星系之間的空間密度便大不一樣□。更何況□♀,宇宙中還存在着尚未觀測到的、所謂的暗物質⌒∴,其數量可能遠超過目前的可見物質⊿,這給總體密度的測定帶來了很大的不確定因素?♀⊙。

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