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为什么宇宙要这样排列?

银河说2018-12-05 09:16:15


翻译:刘一

审校:一米

压制:cc

语音:秋雨

美编:Siri


当此刻你在地球的某处观看这个视频。一颗行星正围绕着太阳运转,一颗恒星正在围绕银河的中心旋转,一个星系与其他的五十个星系蜂拥在一起,所有的一切与其他的星系群一同在我们这个超星系团舞动星辉。。。


嗯。。。你们看,我们的超星系团大概有这么大。


如果我们继续扩大视野,并不会看到超星系团形成了超级无敌宇宙星团。会看到超星系团间由一条条暗条相连,使得宇宙中这些最高级别的结构形成了交织错杂的网。


超星系团间这些线由几百万光年的空白所隔。


但到底是为什么?为什么其他的像一个超大银河那样的宇宙结构不是布满了恒星的?实际我们想问的是, 为什么宇宙会存在各种的结构?


智慧前行


大家试着想象去一个不同的宇宙,在那里所有的物体都十分平滑又平均地铺开。就像我们的宇宙中,由于万有引力的作用,物质的每一部分都和其他的每一部分相连接。如果那个宇宙是有限的,如果有物质的边界,那么所有的一切都会被拉向中心,最后挤在一处。


幸运的是,我们的宇宙不是这样的。


但如果这样一个平整又平均的宇宙没有边界,并永远无限地延伸,那又会是怎样的呢?这无限星云中的粒子将没有任何感觉!或者这样说,粒子将在每个方向上都受到同一样大小的万有引力作用。在空间上,这个样的宇宙将是静止不动的。但我们的宇宙不是平均延展的,并且它也不是所有物体挤到一处的。我们的宇宙在各个不同级别中充满了各种各样的结构。


为弄清楚我们的宇宙是怎么成为这样的,让我们一起倒转时钟。


当科学家们模拟不断成长的宇宙时,他们发现,为使某一物体看起来像我们所使用的一样,在最开始的时候他们需要一些小的部分来生成我们今天所看到的结构。到底是什么形成了早期的那些微小的一块一块的部分呢?它们产生于粒子的量子特性带来的十分微弱的随机脉动。十分奇怪的是,我们宇宙中最大的星体的形成要归功于最小的。


通过宇宙在今天仍在不断扩大,我们了解到在过去宇宙密度要更大追溯到遥远的过去,宇宙就像恒星的内部一样,充满了等离子体。但是微观来看,量子力学的不确定性使得那些粒子随机排列,形成了小的量子块,而不是更为合理的平滑物质


然后...宇宙迅速膨胀,快到本来只有几个原子大小的量子块会被延伸到一光年在它里面也只是一秒钟的极小的一小部分的大小,把这些小的量子涨落困于宇宙的各个角落。这叫做暴胀


我们是如何知道在大爆炸之后的十亿分之一秒里发生了什么呢?好在我们有宇宙初期的照片。宇宙微波背景下,一些宇宙里古老的光显示这些早期的涨落和四十万年后的大致看起来还是很像。一些点的温度要高一些,有些要低一些——这些量子块的大小和量级的确和根据宇宙膨胀说预测的一样!


借助周围的暗物质的帮助,那些由各种物质结合成的量子块被延伸后形成了行星、恒星以及星系,但在暴涨之后,由于暗能量的存在,宇宙继续膨胀下去。一边,暗能量拉扯着所有物质,使之分离,另一边,万有引力又争着把物质合到一起。但万有引力就这么点劲儿了。宏观来看,暗能量赢了,物质都被分离开了。如果宇宙里有更多的暗能量,物质会被拉扯得更分散,暗条更细小,如果在宇宙中暗能量少一点,我们的宇宙网会交织地更紧密。


由于暗能量的未来不可预知,在几十亿年里,万有引力可能会形成超级星团,或者暗能量会把所有一切拉扯得四分五裂。我们所住的宇宙就是引力和张力形成的了。巨不可测的星系和星团和暗条通过最小的亚原子闪变都被安置好了。


宇宙可能也不会有超级星团,但这个故事本身就超级厉害了。


保持好奇。