當前位置:編程學習大全網 - 編程語言 - 我們的宇宙在高維空間是什麽形狀?衛星觀測數據給出參考答案。

我們的宇宙在高維空間是什麽形狀?衛星觀測數據給出參考答案。

1919年,天文學家愛丁頓組織了兩支日食觀測隊,分別前往非洲的普林西比島和南美洲的巴西。他們的目的不是為了觀看日食奇觀,而是為了驗證愛因斯坦在廣義相對論中提出的壹個理論:有質量的物體會彎曲空間,物體質量越大,空間彎曲得越厲害。

太陽是太陽系中質量最大的天體,無疑是理想的觀測對象。根據廣義相對論的預言,當遙遠恒星發出的光經過太陽附近時,會發生1.74弧秒的偏轉,可以觀測到。因為太陽太亮,所以只有在日食的時候才會進行相關的觀測。

這種觀察的結果是,遙遠恒星發出的光在經過太陽附近時確實會發生偏轉。在普林西比島觀測到的偏轉角為1.61弧秒,在巴西觀測到的偏轉角為1.98弧秒。實際觀測值非常接近廣義相對論的理論值。

愛丁頓的觀察證明了廣義相對論是正確的。從此,人們知道了空間是可以彎曲的,但問題是,空間是如何彎曲的?其實在三維空間中,我們是看不到這種彎曲的。換句話說,只有在更高維度的空間中,我們才能看到空間是如何彎曲的。

根據宇宙學原理,宇宙整體上處處等效,也就是說,宇宙的質量會使宇宙有壹個整體的曲率,宇宙的形狀會根據曲率的不同而不同。理論上,宇宙可能是以下三種形狀。

如上圖所示,當宇宙整體的曲率為正時,宇宙的形狀是壹個封閉的三維球體,為負時,是壹個開放的三維馬鞍面,而當宇宙整體的曲率為零時,宇宙的形狀是壹個開放的三維平坦空間(註:因為我們無法描述更高的維度是什麽樣子的,所以上圖實際上減少了壹個維度)。

所以,只要知道宇宙的曲率,就可以知道高維空間中宇宙的形狀是什麽。事實上,衛星觀測數據已經給出了關於宇宙曲率的參考答案。讓我們看看是怎麽回事。

在我們的宇宙中,壹直存在著兩種“力”的較量,壹種是引力,具有使宇宙曲率為正的作用,另壹種是暗能量,促進宇宙膨脹,具有使宇宙曲率為負的作用。

顯然,當引力與暗能量“勢均力敵”時,宇宙的曲率為零,而由於引力與質量密切相關,我們可以根據宇宙的膨脹速率(哈勃常數)計算出與之平衡的引力,進而進壹步計算出這種情況下的宇宙平均密度,稱為“宇宙臨界密度”。

科學家認為,如果實際測得的宇宙平均密度高於這個“宇宙臨界密度”,則說明宇宙曲率為正,反之亦然,如果兩者相等,則宇宙曲率為零。那麽應該如何測量宇宙的平均密度呢?這取決於宇宙微波背景輻射。

宇宙微波背景輻射被稱為“宇宙中最古老的光子”,產生於宇宙之初。由於光速的限制,它們直到現在還在太空中傳播。

因為宇宙中的質量會使空間發生彎曲,所以宇宙微波背景輻射的光子在傳播過程中可能會發生壹定程度的偏轉。當我們觀察它們時,我們可能會觀察到“引力透鏡效應”。通過分析“引力透鏡度”,我們可以計算出宇宙的實際平均密度。

綜上所述,我們只需要知道宇宙的膨脹速率和宇宙微波背景輻射的引力透鏡化程度,就可以計算出宇宙的臨界密度和宇宙的實際平均密度,進而推斷出宇宙的曲率,而這兩個數據都是衛星可以觀測到的。

2019年,由牛津大學、曼徹斯特大學和薩皮恩紮大學科學家組成的研究小組在《自然》雜誌上發表論文稱,根據大量衛星觀測數據,他們計算出“宇宙臨界密度”約為每立方米5.7個質子,而“宇宙實際平均密度”約為每立方米6個質子,明顯高於“宇宙臨界密度”。

換句話說,這項研究表明宇宙的曲率是正的,這意味著在高維空間中,我們的宇宙是壹個封閉的三維球體。

由於衛星的測量精度有限,測得的“宇宙的膨脹速率”和“宇宙微波背景輻射的引力透鏡化程度”等數據可能存在壹定誤差,所以目前我們只能給出這個作為科學家基於衛星觀測數據的參考答案。

值得壹提的是,如果高維空間中宇宙的形狀真的是壹個封閉的三維球體,那麽宇宙就是“有界無邊”的。在這種情況下,如果我們在宇宙中壹直朝著同壹個方向運動,經過足夠長的時間,我們就會回到原來的起點。

  • 上一篇:給壹些PASCAL小遊戲的源程序
  • 下一篇:鑄鐵護欄生產廠家盤點
  • copyright 2024編程學習大全網