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宇宙的形状:宇宙学的基本问题

从这一章开始我会为你讲有关宇宙的内容。你可能马上会有疑问,讲宇宙的内容?天文学不就是在讲宇宙吗?我们前面讲了那么多,都是宇宙里的事情吧。

没错,之前讲的内容的确都是宇宙里面的事情,不过这一章我们介绍宇宙的角度会很不一样。 

这一章我们会把宇宙看做是一个完整的天体去研究。这就有些像微观经济学和宏观经济学的差别,微观经济学里研究的是个人、家庭或是企业的经济情况,而宏观经济学是把整个区域、国家甚至世界当做一个整体去研究的。

在天文学里,专门把宇宙当做一个整体去研究的学科叫做宇宙学。很多人觉得天文学就是研究宇宙的,所以也可以叫做宇宙学,两个词是同义词。现在你应该明白了,宇宙学只是天文学的一部分,研究的是整体宇宙。

这可不只是研究对象更大了,而是因为研究对象的尺度不一样,宇宙学会有很多它自己独有的特征。还是用经济学举例子,只有把国家作为一个整体,才会有GDP啊、通胀啊、失业率啊等等这些特征,而这些特征在微观个体上是不存在的。

那宇宙有什么自己独有的特征吗?有,其中最重要的参数就是哈勃常数,它代表了宇宙膨胀的速度。

但是为什么我这一讲的标题会说宇宙的形状是宇宙学的基本问题呢?

因为哈勃常数,并不是一个真正的常数,像是光速啊、万有引力常数啊这些一样,不是随着时间变化的。但是哈勃常数是会随着时间变化的,也就是说宇宙的膨胀速度过去和未来可能会不同。而能帮我们找到哈勃常数变化情况的关键因素就是宇宙的形状。为什么这么说呢?我们需要一步一步地来介绍了。 

首先需要解释的是,为什么说哈勃常数就代表了宇宙的膨胀情况。

哈勃常数从名字就可以看出来,它是由天文学家埃德温·哈勃最先提出来的。20世纪初,他用望远镜观测了遥远星系的距离,发现了几乎所有的星系都在远离我们。这就是说明宇宙是在膨胀的。如果只是因为发现这一点的话,哈勃还不能称为是20世纪最伟大的天文学家。

更重要的是,他提出了哈勃常数。哈勃发现,所有远离我们的星系,它们远离的速度是和距离有关系的,而且这个关系还非常简单,只要通过一个系数,用距离乘以这个系数就可以得到星系远离我们的速度。而这个系数呢,就是哈勃常数了。

这样子的话,这个常数只是一个方便计算的工具,为什么会说哈勃常数代表了宇宙的膨胀速度呢?我给你举个例子你应该就明白了。假如说有个魔法房间,这个房间会按照一定的速率进行扩大。假设这个扩大的速率是x,我们看房间的南北方向,就会发现原来的一块地板砖,1秒钟之后就变成了x块地板砖了。

如果原来房间里有两点,它们的距离相差了1块地板砖,那么1秒钟后距离就变成了x块地板砖,也就是说两点之间的相对速度是x。如果原来两点之间相距2块地板砖,那么1秒钟之后距离就变成了2x块地板砖,也就是说相对速度是2x。同样的道理,只要房间膨胀的速率仍然是x,那么房间里面任意两点分离的相对速度就是它们的距离乘以x。

你看距离乘以一个系数等于相对速度,这是不是和哈勃常数一样呢?所以啊,哈勃常数其实就代表了整个宇宙的膨胀速率。

如果宇宙一直保持着这个速度膨胀的话,那么所有的问题都会简单很多。未来宇宙会变成什么样子,过去宇宙是什么样子,宇宙是什么时候诞生的,这些问题都会非常好回答。但是,偏偏哈勃常数不是一个真正的常数,随着时间变化,它也是会发生变化的。 

这件事就不是靠观测能知道的了,而是需要放在模型体系里面进行一些推导才能知道。而在这个过程中,起到最大作用的就是大名鼎鼎的广义相对论了。

如果把广义相对论的所有内容概括成一句话的话,最合适的说法应该是物理学家惠勒说的:“物质告诉时空如何弯曲,时空告诉物质如何运动。”

关于广义相对论更多的内容,我们这里肯定是没有办法讲了,不过,广义相对论是在整个宇宙时空中都有效的。也就是说,把宇宙当做一个整体,也完全可以用广义相对论进行研究。

但是广义相对论本身实在是太难了。如果不是简写的话,没有人可以真的用它解决问题。

这个时候就有另一个物理学家站了出来,他就是弗里德曼。他找到了简化广义相对论的方法,不过他使用了一个额外的前提,那就是假设宇宙学原理是正确的。宇宙学原理之所以叫做宇宙学原理,不叫天文学原理,其中一个重要的原因,就是它是弗里德曼简化广义相对论的基础,是宇宙学的基础。

其实广义相对论的适用范围是可以包含宇宙学原理不成立的情况的。弗里德曼的简化,是他先假设我们的宇宙恰好是这样的,恰好是宇宙各处都是相同的。虽然这个简化有点儿拍脑袋了,要知道当时,没有人知道宇宙中的物质到底均不均匀。但是当时不这么假设,就没法作计算,因为其他情况太复杂了。还好,事后看来,我们的宇宙确实符合这个假设。

就是这样一简化,不得了,在简化后的弗里德曼方程里出现了哈勃常数,而且这个常数还是有时间参数的,也就是说它有可能会随着时间变化而发生变化。

到这里,只要广义相对论正确,宇宙学原理正确,那么就需要考虑哈勃常数过去是什么样子的,未来又是什么样子的。也就是说宇宙的膨胀速度是什么样子的。 

还好,弗里德曼方程也给出了哈勃常数的变化情况和什么有关系。从现代的角度看,它的变化一共和四个因素有关,分别是宇宙里的物质、辐射、暗能量以及宇宙的形状。你看这里已经出现宇宙的形状了。当然了,宇宙的形状准确的说法其实是宇宙的空间曲率。因为知道空间曲率,就能确定宇宙的形状。

不过,宇宙的形状能成为宇宙学的基本问题,并不只是四个关键因素的其中之一,是因为通过弗里德曼方程还可以知道,通过宇宙的形状也就是空间曲率,可以计算出宇宙中的物质、辐射和暗能量的密度的总和是多少。我们能知道宇宙中绝大部分能量不是物质提供的,而是暗能量提供的,就是结合观测数据,作了这么一个计算才知道的。

具体这是怎么做到的,怎么通过弗里德曼方程推导出来的,我们就不细讲了。讲到这里,我想已经为你解释清楚了为什么说宇宙的形状问题是宇宙学的一个基本问题了。 

不过我们的宇宙的形状到底是什么样子呢?

宇宙的形状一共有3种情况,这还和一个最基础的几何问题有关,那就是三角形的内角和等于多少。三角形的内角和不就是180°吗?没错,不过这是在空间是平面的情况下才是这样的。如果空间不是平面的,这个问题的答案就可能不对了。比如,在地球仪上,你用直线分别连接北京、悉尼和纽约,这个三角形的内角和一定大于180度。这是因为,这个时候的空间是球形的。当然了,这里的空间只有2个维度。不过,即使在3维情况下也一样。

这是内角和大于180°的情况,有没有小于180°的情况呢?也有,这个时候的空间就像是一个马鞍面了,你可以看一下图2。当然了,图上只能表现出2维空间的样子,3维空间里并没有本质的不同。 

所以,我们想要知道宇宙的形状,理论上只需要在空间中画三角形,看看内角和是不是180°就可以知道了。如果内角和小于180°,那么宇宙就应该是马鞍面的,没有边界,也没有大小。如果是大于180°的,那么宇宙就应该是一个封闭的球形,大小是有限的,但是没有明显的边界。

还有就是内角和是180度的情况了,这种情况最容易想到的就是宇宙是平面的,也是没有边界,没有大小。不过还有另外两种情况也需要考虑,还是拿2维空间来举例子。其中一种情况,就是像纸筒一样的圆柱面,这样的话,就是1个维度是无限的,1个维度是有限无界的。还有一种情况,就是2个维度都是有限无界的,那就是甜甜圈的形状,这个时候的内角和也是180°。

那我们宇宙的实际情况是什么样子的呢?现在的各种观测数据都支持我们的宇宙空间内角和等于180°的情况。至于是平面、圆柱还是甜甜圈,我们现在就不知道了。

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所有一切,都有因果。

因而,对于倾情过的,我无从风轻云淡,无从放下。

记忆,总在时间的无涯里偶或盛开,像曾经的离别,然后重逢。

世间最盛大的,莫过于内心,孤意与深情,是最厚重的沉淀。

因为孤意,所以无惧;因为深情,所以无悔。

曾走过的路,绝非一纸风声。而不能回头,才有了一种彻悟。

与你,曾有灵魂的相碰,即便分离,便也安心。

与你,远距天涯,说与不说,都是深念。

你好,便一切好。梦里,花满城。

他们说,一切都必须有一个结束。

可谁懂心的内涵,因倾情所以执拗而干净?

这世间有多少无法落幕的盼望,多少心思幕落后也无法休止。

昔我往矣,杨柳依依;今我来思,雨雪霏霏。

原来这世间并没有分离与衰老的命运,

只有因爱而不肯枯竭的心,在月光下谦卑地憧憬。

时光已不再,没有什么来印证改变或不曾改变的心情。

唯有心灵的言语,才可以解读,

你隐没的背影里,潜藏我寂静而无所欲求的曾经。

在夜雾里,谁为我点起这所有的灯火。

让我看清,我曾怎样生活过,还将怎样活下去。

我安静地走在人流之中,而心在永远的黄昏池畔,开成一朵清清的荷。

佛曰:放下!那是怎样彻骨的冰冷和死寂。

我情愿背负着追忆和心疼,走在没有回头的路上,做永远的自己。

一个温柔而无怨的灵魂,华丽而相思万种的一生,

将文字做成露水,滋养寂寂无色的花枝。

用心走路,每一步的疼痛,每一步的艰辛,只有自己最明了。

朋友说用心走路的女子,累的是心,不是脚。心就被她的这句话触动了。

一个思考中的女人,身心皆累,经常在夜里伸出手想要抓住一些东西,可以让自己的心停一停靠一靠。那怕只有片刻的安宁。可身边常常空无一物,能抓住的唯有这些文字。

于是我日夜不停的在文字里流浪,在文字里与一些人相遇,有缘的便开始了一场潜在的述说,无缘的便行同陌路。于是你会说为什么我们没有早些相识。于是我会说,为什么该来的都来的那么迟呢。

我睡在网页上,做着一个又一个的梦,在梦里我穿越万水千山,享受着行走的快乐。可是快乐中的我依然隐藏着如许的悲伤,走不出的心魔始终逡巡在我的四周。我虽登高望远,心底依旧凄凉。

春天的风如情人的手,温柔而又微凉。一种熟悉的感觉在这个春天被一阵南风从很远的地方带了回来。心里暗自揣想,世事难料,人生渺茫。

一直在用心走路,心也就千疮百孔。一直在用文字诉说,文字也就成了我心之伴侣爱之阕歌。我在文字里展转反侧甚至夜不能寐。文字在我心里行走如歌,在我荒芜多年的梦茵上留下了瞬间碰撞的痕迹。

我不能大声说话,我只能隐约着耳语,甚至想从无声消失的时间里得到一点恩赐。请你赐给我灵性的文字、请你赐给我智者的头脑、请你赐给我快乐的心情、请你赐给我童年清风白水似的天真、请你让我忘却乐观与悲观的斗争。

用心走路的女子,累的是灵魂,爱在沉思中苦思冥想。会为找不到问题的答案而眉头深锁轻声叹息,心里依旧装满了无数的为什么。

凝眸处不见一个答案,探询处找不到点点释然,于是沉思中的女人依然忧心忡忡,依旧把灵魂挂在墙上,看着自己在黑夜里的影子,眺望着万家灯火,想着有朝一日可以揭开人世所有的奥秘。这一切似乎非常的遥远,因为沉思中的女人毕竟只是一个普通的小女子,有的也只是一个常人的头脑,却渴望神灵能在某一个夜里给她注入一些智慧的细胞。

因为人生的不尽人意,因为世事的变换无常,因为生活的种种磨练,因为爱的阴差阳错,因了那些无法破译的远去与匆忙。

我们怀念,我们沉思,我们展望,我们祈福。我们满怀的希望换来的是失望,我们火热的心换来的是冷漠的目光,我们的执着无法抵挡现实那尖锐的刺痛,我们的生命之轻无法负担的生活之重,我们依然无法扑捉住一些渴望,我们依旧用自己的肩担负着重重的壳累乃至爬行,我们渴望远行依然被生活牵绊乃至寸步难行。

而你用眼睛看到的只是一些生活的表象。灵魂一直依附着肉体,笑傲着红尘的点点滴滴。

沉思中的女人心里装着一个绚烂缤纷的世界。

任何一个心灵里,思想很容易转变成一种力量,其实这样的女人很容易走极端,她的思想里始终装的是地球的两极,她随时都能粉碎自己。

表面沉静如水,内里却波澜起伏。沉思使她变得静默安适,沉思使她无法把自己的思想运用到简单的思考中去。沉思使她获得了亮而不刺眼的光辉,一种不需要对别人察颜观色的从容。

沉思中的女人有一种洗刷了偏激的淡漠,沉思中的女人有一种无须声张的厚实,一种并不陡峭的高度。

沉思中的女人,寂寞中有不可言传的和谐,静默中潜藏着无限的创造。

沉思的过程,是一种灵魂净化的过程。沉思的过程是一种往日沉淀的升华,一种新生发芽的开始。沉思的时刻,凝聚了力和美的精髓,这一刻,灵魂和肉体遥相呼应成为一种永恒的美丽,同时也承受着一种不可言喻的痛苦。犹如一次生命的洗礼与挣扎,给予沉思中的女人一种生命的灵性与自然的精华。

灵魂在沉思中游走,灵魂在黑夜里起飞,灵魂在沉思的悲欢里交错。

灯火的辉煌已经无力牵引她的思绪,沉思中的女人有一种天然的忧郁本性。

沉思中的女人会为真诚而动容,亦会为谎言而伤悲。沉思中的女人会为和平而欣慰,亦会为战争而祈祷和平。沉思中的女人能用她的超乎寻常的幻想构筑奇妙的空中楼阁。然后让多思的灵魂凌驾与其上,等待适合的机会高高的起飞。

法国哲学家笛卡尔说“我思故我在”。沉思中的女人用自己的思想体现着自己的存在方式。印证着自己存在过的证明。

帕斯卡尔说过这样一些话:“人只不过是一根苇草,是自然界最脆弱的东西,但他是一根能思想的苇草”;“人的全部尊严就在于思想”,而思想形成了人的伟大。

我就在想:上天给了我一个庸人的头脑,却让我去追寻一份智者境界。

上帝赋予了我一双脚,我却让它闲着,非要用心去走路。那还能怪谁,累也是自己找的,困惑着也是自做自受。

我也不过是一根命运的苇草,一直在海滩上思考着如何能让自己承受更大的风浪。

我也不过是红尘中再普通的一个小女子,只是用心在走路,累的不是脚。

沉思中的女人和她的灵魂,感觉这句话有些厚重了。沉思的是女人,自由的是灵魂,感受的是生命。

一个沉思中的女人和她的灵魂,有时候我却不知道该为她的沉思庆幸还是悲哀。

​最近很多朋友叨念我的未来,工作?爱情?或许我真的太小孩子了,也或许真的是想念吗?什么时候都不让人省心啊 “只愿得一人心,百首不分离?”有一种人,一相识就难以忘怀,每个人长大后都要面对分离,曾经以为地球或许真的是个圆,很遗憾的是我们转身之后确实越走越远了,事实让人沮丧的胃抽筋![伤心] ​
对于我来说,我的未来是个梦,更遗憾的是,还失眠了。


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