问伊森:大爆炸发生在哪里?

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在所有讨论过的概念和主题中,“大爆炸”是最具争议的概念。 当然,这是自1940年代以来一直存在的相当古老的科学理论,自1960年代以来,已经有无数的证据支持它。 这个想法很简单:宇宙有一个开始。 她过生日。 有一天没有“昨天”,那时我们所知道的物质,辐射和不断膨胀的冷却宇宙直到某个时间点才存在。 但是我们在这里。 这在任何询问者的脑海中都会引起一连串的问题。 我们的一位读者就是这么想,他想知道:
是否有任何理论或实验可以计算并证明我们在太空中相对于大爆炸点的位置? 我认为,由于我们的观测能力受地球位置的限制非常有限,因此确定空间的曲率并不容易。 为什么我们认为“大爆炸”发生在三维空间的某个点上? 为什么我们认为宇宙是一个球体?

这些都是非常好的问题,它们都展示了人们对宇宙的共同看法。 但是这些想法是真的吗?


宇宙大尺度结构的演变

我们通常认为“大爆炸”是真正的爆炸。 宇宙在最早的阶段确实看起来像一个巨大的,充满活力的且不断膨胀的火球。
•它充满了各种类型的粒子和反粒子以及辐射。
•所有这些扩展,并且所有粒子,反粒子和辐射量子相互分离。
•所有这些冷却并随着扩展而变慢。

听起来确实像爆炸。 实际上,如果您能被带到这些最初的时刻,并且以某种方式免受所有这些能量的影响,那么由于有了下一个视频,甚至甚至可以听到声音。



但是并非没有理由,我用“扩展”代替“爆炸”来描述这种现象。 爆炸是在空间的某一点发生的,碎片从那里飞走。 超新星是爆炸。 伽马射线爆发是爆炸; 炸弹爆炸就是爆炸; 手榴弹的操作是爆炸。


艺术家对M81星系中1993J超新星爆炸的看法

但是,“大爆炸”并不是爆炸事件(在英语中,“大爆炸”是指“大棉花”,大约是 翻译]。 说到“热大爆炸”,我们想到了宇宙被描述为包含粒子,反粒子和辐射的状态的第一刻。 从那时起,宇宙开始按照广义相对论的定律膨胀和冷却,我们沿着消灭反物质,形成原子核和中性原子以及今天的恒星,星系和大规模结构的结果走了下去。 第一个问题的关键是确切地了解宇宙在这一刻正在做什么:在这一刻我们可以借助炙手可热的大爆炸的平台进行首次描述。



据我们所知,没有特殊的起点。 没有宇宙起源的“来源”。 所有的证据都说出了违反直觉的结论,但是从这个结论也得出了同样的结论:大爆炸同时在各处发生。 有很多证据可以证明这一点,宇宙本身就将它们提供给我们。 从宇宙的大型结构,星系团,大爆炸余辉的出现,几亿光年以上的宇宙的平均密度等方面来看,宇宙给我们提供了两个重要的可观察事实。 它的属性在任何地方都是相同的,并且在各个方向上看起来都是相同的。 从物理上讲,宇宙是同质的和各向同性的。



爆炸无法获得宇宙的这种特征-这就是重点。 在爆炸中,移动最快的碎片被证明是最遥远的,也是散布在空间中的最多。 距离越大,单位体积的星系就应该越少-但是在宇宙中并不是这样。 万一发生爆炸,可以明确指出其起点。 宇宙的工作原理是,距银河系仅几百万光年,这是一个本地团体的边界。 从统计上讲,考虑到宇宙中存在超过1700亿个星系,达到这一点的机会比赢得强力球或超级百万彩票的机会要差100倍。

宇宙是同质且各向同性的事实表明,大爆炸发生在大约138亿年前的某个时刻,并且在所有地方都是一样。 但是我们不能在所有地方看到他。 我们仅在我们所在的地方看到他。 我们的审查是有限的。 因此,您经常可以看到类似的插图:以我们为中心,从我们的角度看待我们的宇宙。


艺术家以对数尺度观察的宇宙观

但这并不意味着宇宙就是一个球体! 实际上,我们可以测量宇宙的形状,并对它施加一些限制。 如果您出门在两个不同的方向上发送两个朋友,以便彼此看到对方,则三个人将组成一个三角形。 你们每个人都可以测量另两个之间的视角。 之后,您可以添加这些角度,您将获得180º-这是三角形角度的总和。

平坦空间中的任何三角形。



但是空间不必一定要平坦! 当角度的总和小于180º时,它可能具有负曲率,例如鞍形表面。 当角度的总和大于180º时,它可以像球体表面一样正向弯曲。 如果您站在南美的赤道,您的一个朋友站在非洲的赤道,第二个在北极,您会发现角度的差异会很大。 角度之和更接近270º,而不是180º。 我们在太空中没有朋友,但更糟糕的是:背景辐射的波动。 根据空间的曲率,它们看起来应该完全不同。



我们进行了观察,发现了一些令人惊讶的东西:据我们判断,宇宙是平坦的。 非常非常平坦。 普朗克和斯隆数字天空调查实验的最新数据表明,如果宇宙是正向或负向弯曲的,那么它的尺度至少要比我们观察到的宇宙部分大400倍。 我们可以看到它的直径为920亿光年的部分。



因此,大爆炸同时发生在138亿年前的任何地方,根据我们的最佳测量,我们的宇宙在空间上是平坦的。 大爆炸在任何时候都没有发生,我们可以通过宇宙的极端各向同性和同质性来判断。 这些特性是如此精确,以至于当我们发现异质性与平均值的偏差为0.01%时,我们已经认为有些问题。 因此,如果您声称“大爆炸”确实发生在您所处的位置,而您正站在一切发生的中心,那么没有人会反对您。 整个宇宙中的所有事物和事物都可以对自己说同样的话。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN404525/


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