宇宙是否有中心?
总而言之,不。宇宙始于一个奇点(一个无限密度的无限小的一个点),在大爆炸的瞬间开始膨胀。然而,大爆炸并不是从空间里的一个点开始的普通爆炸。相反,空间本身就在膨胀,宇宙里的一切东西都在远离其他事物。
图解:在哈勃超深场项目的紫外线覆盖下,一小部分遥远星系的成像。
如今我们观察着的宇宙呈现为相当的各向同性的宇宙;也就是说,他从各个方向看起来基本都是一样的。一般而言,从地球上任何视线角度线上的星系都是以同样的方式分布的。宇宙里没有“特别偏好”的方向,这表明宇宙里没有固定的中心。
图解:艺术家对可观测宇宙的对数尺度构想,以太阳为中心,朝外是太阳系内行星和外行星,柯伊伯带,奥尔特云,南门二,猎户臂,银河系,仙女座星系,邻近星系,宇宙纤维状结构,宇宙微波辐射以及处在边缘的不可见的大爆炸等离子体。
可观测宇宙略微不同。可观测宇宙是我们能观测到的宇宙区域,由138亿年前宇宙大爆炸以来光的传播距离来定义。但这并不意味着,地球是宇宙的中心。如果你移动到100亿光年以外的另一颗恒星,你仍是你自己的中心,有明显不同的可观测宇宙区域。
图解:可观测宇宙的模拟全图,室女座超星系团位于中心位置,但因过于渺小以至于看不见。
空间是平的还是弯曲的?
空间局部曲率
根据爱因斯坦的广义相对论,大质量物体会扭曲周围的时空,而扭曲对于物体产生的影响,就是我们所称作的引力。所以,在局部,时空是围绕每一个有质量的物体弯曲的。
空间总曲率
图解:宇宙形状的三种可能选项。
封闭宇宙(上),开放宇宙(中),平坦宇宙(下)--美国宇航局
质量对宇宙的整体几何结构也有影响。宇宙中物质和能量的密度决定了宇宙是开放的、封闭的还是扁平的。如果密度等于临界密度,则宇宙曲率为零,他是平的。你可以想像,一个扁平的宇宙就像一张扁平的纸向所有方向无限延伸。如果宇宙的密度大于临界密度,就会有正曲率,创造出一个封闭的宇宙,可以想象为一个球体的表面。如果宇宙密度小于临界密度,就形成开放宇宙并且具有负曲率,就像马鞍表面一样。
图解:膨胀的宇宙。最远的星系移动最快,因此经历了长度收缩,因此对中心的观察者来说会变小。
威尔金森各向异性探测器(WMAP)的测量表明,可观测宇宙的密度非常接近临界密度(0.4%边界的误差),当然,可观测宇宙的范围比整个宇宙小很多个数量级。但我们能观测到的宇宙部分似乎相当平坦。
图解:WMAP三年数据的宇宙微波背景影像(2006).
相关天文知识
宇宙是所有空间、时间以及他们其中的所有内容,包括行星,恒星,星系,还有其他形式的物质和能量。由于整个宇宙空间大小未可知,但可以测量可观测宇宙的大小,目前估计直径为930亿光年。在各种多元宇宙假设中,宇宙是一个更大的多元宇宙偶然分离的许多部分之一,它本身包含了空间、时间及其内容。
图解:宇宙中每一圆盘都是一个又一个的“星系”
宇宙最早的科学模型是古希腊和印第安哲学家发展起来的,地心说,把地球当做宇宙的中心。几个世纪以来,更为精准的天文观测使得尼古拉斯.哥白尼建立了日心模型,把太阳做为太阳系的中心。在制定万有引力定律时,艾萨克牛顿根据哥白尼的工作以及第谷.布拉赫和约翰内斯.开普勒的行星运动定律的观察结果制定了万有引力定律。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. 雪狼普雅- skyandtelescope
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