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第三章 膨胀的宇宙(6 / 9)

们会看到,当人们将广义相对论和量子力学测不准原理结合在起时,就可能使空间和时间都成为有限、但却没有任何边缘或边界。

个人绕宇宙周最终可回到出发点思想是科学幻想好题材,但实际上它并没有多大意义。因为可以指出,个人还没来得及绕回圈,宇宙已经坍缩到零尺度。你必须旅行得比光波还快,才能在宇宙终结之前绕回到你出发点——而这是不允许

在第类弗利德曼模型中,宇宙膨胀后又坍缩,空间如同地球表面那样,弯曲后又折回到自己。在第二类永远膨胀模型中,空间以另外方式弯曲,如同个马鞍面。所以,在这种情形下空间是无限。最后,在第三类刚好以临界速率膨胀弗利德曼模型中,空间是平坦(所以也是无限)。

但是究竟可用何种弗利德曼模型来描述宇宙呢?宇宙最终会停止膨胀并开始收缩或将永远膨胀吗?要回答这个问题,们必须知道现在宇宙膨胀速度和它现在平均密度。如果密度比个由膨胀率决定某临界值还小,则引力太弱不足于将膨胀停住;如果密度比这临界值大,则引力会在未来时刻将膨胀停止并使宇宙坍缩。

利用多普勒效应,可由测量星系离开速度来确定现在宇宙膨胀速度。这可以非常精确地实现。然而,因为们不是直接地测量星系距离,所以它们距离知道得不是非常清楚。所有们知道是,宇宙在每10亿年里膨胀5%至10%。然而,们对现在宇宙平均密度测量得更不准。们如果将银河系和其他所有能看到星系恒星质量加起来,甚至是按对膨胀率最低估值而言,其质量总量比用以阻止膨胀临界值1%还少。然而,在们以及其他星系里应该有大量“暗物质”,那是们不能直接看到,但由于它引力对星系中恒星轨道影响,们知道它必定存在。况且人们发现,大多数星系是成团。类似地,由其对星系运动效应,们能推断出还有更多暗物质存在于这些成团星系之间。将所有这些暗物质加在起,们仍只能获得必须用以停止膨胀密度1/10。然而,们不能排除这样可能性,可能还有们未能探测到其他物质形式几乎均匀地分布于整个宇宙,它仍可以使得宇宙平均密度达到停止膨胀所必要临界值。所以,现在证据暗示,宇宙可能会无限地膨胀。但是,所有们能真正是,既然它已经膨胀100亿年,即便如果宇宙还要坍缩,则至少要再过这久才有可能。这不应使们过度忧虑——到那时候。除非们到太阳系以外开拓殖民地,人们早由于太阳熄灭而死亡殆尽!

所有弗利德曼解都具有个特点,即在过去时刻(约100到200亿年之前)邻近星系之间距离为零。在这被们称之为大爆炸时刻,宇宙密度和

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