嬰兒宇宙

嬰兒宇宙

史蒂夫·霍金提出的科學概念
嬰兒宇宙,外文名:baby universes,宇宙不是無限的,而是有一個時間上的起點,在那個起點時間發生宇宙大爆炸,形成了宇宙,迄今約137億年,彷如人類發育的嬰兒時期,故此得名嬰兒宇宙。[1]
    中文名:嬰兒宇宙 外文名:baby universes 适用領域: 所屬學科:天文學 理論時間:迄今約137億年 提出者:史蒂夫·霍金 解釋:最初的宇宙

概念

嬰兒宇宙的概念,首先确立無限的意念,在無限之中,我們又通過性質分析,得到(1+環境),環境之中包含了無窮的未知時空和生命。在這個1之中,我們定義出嬰兒宇宙概念。這個宇宙,從其曆史角度講,并非是初生的,它也有着輝煌的曆史。理論上白洞所在的宇宙就是嬰兒宇宙。

通過蟲洞相互連通的時空區。根據廣義相對論方程式的某些解釋,當我們宇宙中一個天體坍縮形成一個黑洞時,它能夠經過黑洞中心的奇點膨脹到一個不同的時空中去。這個從奇點膨脹開的時空區将完全等價于我們的宇宙從大爆炸奇點的膨脹。即使進入原始黑洞的物質隻有太陽質量的幾倍,這樣一個嬰兒宇宙卻可以因暴漲而變得同我們自己的宇宙一樣大。

很可能,我們的宇宙是以這種方式由另一個時空區中的黑洞坍縮成的,而時空總結構(“總宇宙”)是一系列相互連通的泡,就像一杯啤酒上面的泡沫,沒有起始也沒有終結。要說明這點,可将我們宇宙的時空想象成一個膨脹氣球的外皮,嬰兒宇宙就對應從這個氣球上擠壓出來并獨立膨脹的一小塊,從這個嬰兒宇宙的皮上又會像芽體那樣産生新的嬰兒宇宙,依此類推,以至無窮。

雖然這些思想顯得稀奇古怪,許多科學家,包括英國的斯蒂芬·霍金、美國的西德尼·科爾曼和李·斯莫斯、俄國的安得列·林德,都對它們進行過認真的思考和數學上的研究。詳細的讨論可參看約翰·格裡賓著《宇宙的發端》一書。

嬰兒宇宙的另一種形式:通過愛因斯坦羅森橋與母體宇宙相接。

相關研究

霍金提出,黑洞蒸發在某種意義上可以看成粒子通過所謂的嬰兒宇宙穿透到其他宇宙或同一宇宙的其他區域,這樣就把他的兩個研究領域統一起來。嬰兒宇宙研究的主要成果是證明了宇宙常數必須為零,盡管當代物理學家的抱負遠不止此。

宇宙照片

照片公開

新華社華盛頓2003年2月12日電(記者毛磊)借助美國宇航局的微波背景輻射探測器,一個國際天文學家小組新獲得了“嬰兒期”宇宙迄今最精細的照片。為宇宙大爆炸理論提供了新的依據。根據這張照片,科學家“精确地測量出了宇宙的實際年齡大約是137億年”。這一照片細節如此豐富,以緻于一些科學家認為它是近幾年來基礎科研領域最重要的成果之一。

據《紐約時報》2003年2月12日報道,這張照片是美宇航局“威爾金森微波各向異性探測器”頭一年觀測結果的結晶,通過将其所包含的數據與其他天文觀測結果進行比較,天文學家們為宇宙的年齡、組成等找到了更為準确的答案。他們根據新照片得出的測算結果顯示,宇宙年齡約為137億年,這一結果的誤差率僅為1%,是到目前為止獲得的最高精度;在構成上,宇宙中原子占4%,暗物質比例為23%,剩下的73%全部是暗能量;另外,從幾何結構來看,宇宙是“平坦”的,并将永遠膨脹下去。

上述結果使天文學家們倍感欣喜。研究小組成員、美國普林斯頓大學天體物理學家施佩爾格爾認為,這張照片回答了過去20年來驅動宇宙學研究的一些最重要問題,包括“宇宙中到底有多少原子”以及“宇宙年齡究竟有多大”等。 

這些結果也為驗證“大爆炸”等宇宙學基本理論提供了更準确、更有力的支撐。普林斯頓高等研究院的巴卡爾說,在哲學意義上,它們标志着宇宙學研究由不确定進入了确定階段。

除了驗證現有理論外,科學家們從這張照片中還獲得了一些令人意外的發現,比如說宇宙中第一批恒星可能在“大爆炸”後2億年就開始發出光芒,比此前所認為的要早幾億年。賓夕法尼亞大學的泰格馬克指出,類似的觀測結果“将是未來5年中所有宇宙學研究的基石”。耗資1.45億美元的“威爾金森微波各向異性探測器”2001年6月進入太空,運行軌道位于距地球約160萬公裡的“第二拉格朗日點”附近,主要用于觀測宇宙微波背景輻射,按計劃它的使命還将繼續3年。

微波背景輻射是導緻宇宙誕生的“大爆炸”留下的“餘燼”,早先的研究發現,微波背景輻射中存在着細微的溫度波動,這些波動中保存着“大爆炸”後約38萬年時宇宙的原始結構,現今宇宙中的星系等正是在這些結構基礎上形成。

三項研究不期而遇

這張照片是美國宇航局科學家通過威爾金森“微波各向異性探測器(MAP)”,經過一年時間觀測獲得的結果。照片中包含了許多令人震驚的信息,它為支持宇宙大爆炸和宇宙膨脹理論提供了新的依據。與此同時,還為揭開宇宙“暗能量”之謎指引了道路。

研究理論

重大發現

科學家現在已經确信,在“暗能量”的作用下,我們的宇宙正在加速膨脹,這同霍金《時間簡史》中所描述的宇宙狀況不同,在這本書中,宇宙的膨脹速度被認為将因星系間引力的作用而減慢。

業内人士認為,這項成果“是近年來宇宙研究中最重大的發現之一”。

“宇宙‘暗能量’直到最近幾年才被科學界所确認,”中國宇宙學權威、國家天文台李競教授告訴中國《新聞周刊》,“這主要是由于以前人類的觀測技術所限。要觀察宇宙‘暗能量’的斥力作用所導緻的宇宙膨脹加速,大約需要對80億光年之外的早期宇宙進行觀測。”

在諸多相關報道中,人們都把發現“宇宙膨脹加速”歸功于這次MAP所拍到的照片。但據李競教授介紹,實際上有各自獨立的三項研究都不期而遇地得出了“膨脹加速”這一結果。

各項研究

第一項研究,是在觀察80億光年遠處的超新星爆炸時,其亮度的異常變化隻能用宇宙在加速爆炸來解釋;

第二項研究,是從1998年開始的南極上空“飛镖”探測,它使用的是可以記錄宇宙背景輻射十萬分之一起伏的精密儀器,在2000年得出了“宇宙膨脹在加速”的結果,論文發表在該年年底的《自然》雜志上;

第三項研究就是2003年MAP的觀察,這次“看”得更遠(約120億光年)、更細緻(可以觀察背景輻射百萬分之一的起伏),獲得的細節也更多。

不同的課題得到同一結果:宇宙在加速膨脹。MAP拍下的照片還顯示出,宇宙中最早的恒星誕生于宇宙大爆炸發生後約2億年,這比以前許多科學家認為的要早很多。

有報道稱,根據這張照片,“科學家還精确地測量出了宇宙的實際年齡是137億年”,并且“誤差不超過百分之一”。

宇宙膨脹說

許多科學家認為宇宙是在不斷膨脹的,有現象表明宇宙的面積從誕生到現在已經擴大了近三分之一,這理論來自與行星與衛星之間的距離差。

衆所周知衛星會一直饒着它的行星軌道旋轉,但科學家觀察發現近幾年月球與地球的相距差擴大了近2萬公裡,這意味着宇宙可能在不斷地膨脹導緻拉動其中所有星球軌道發生偏轉和擴大。

但這一理論至今沒有被有力的證據證實,其最大的難題是宇宙要膨脹需要外層空間,那麼外層空間又是什麼呢?沒有人能解釋,所以這一理論被科學界定為有待發現的潛力學說。

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