宇宙吧 关注:761,002贴子:6,273,425

给宇宙过磅

只看楼主收藏回复

手机码字,摘选自《科学大师佳作系列之——宇宙的最后三分钟》部分篇章
原文作者:澳大利亚著名的物理学家保尔.戴维斯,华盛顿时报称他为大西洋两岸最好的科普作家。
一万万亿年后,我们所在的这个宇宙最终将会是大撕裂结局还是大崩塌结局呢?
地球的逃逸速度是每秒11.2,太阳系的逃逸速度是每秒16.7,银河系的逃逸速度是每秒几百公里,中子星的逃逸速度是每秒几万公里,黑洞的逃逸速度就是光速,那么宇宙的逃逸速度是多少呢?
宇宙看来是没有边界的,所以就无从逃离,不过我们要是暂定宇宙有这样的边界,也就是我们的光锥极限之处,那么逃逸速度是多少呢?大多数遥远的星系看上去正在以接近光的速度远离我们,它们看上去和我们正在相互远离,并且永不返回,它们恰好可以逃离我们的可见宇宙。
事实上膨胀宇宙尽管没有边界,但它的行为却和地球上抛起的物体十分相似,如果膨胀速度够大,退行中的星系就会克服宇宙中所有物质的总引力而逃逸出去,膨胀将会永久持续下去,如果膨胀速度太低,膨胀最终会停止,星系会再次掉回大爆炸的原点,重演大爆炸的回放。
上述两种情景,我们未来会面临哪一种呢?取决于俩个数值之间的较量,一个是膨胀速度,一个是宇宙的总引力,后者实际上就是指宇宙的总重量。对于第一个数值,膨胀速度,天文学家可以从红移效应对现阶段的宇宙膨胀速度进行测量。但第二个数值,宇宙总引力,必须要知道宇宙的总重量。
所以,我们必须要给宇宙过磅!


IP属地:上海1楼2015-09-26 21:13回复
    怎样称出宇宙的重量呢,这个问题看上去令人束手无策,很清楚我们不可能直接做到,然而我们可以借助引力来推算出它的重量,从太阳对行星的引力,我们可以推算出太阳重量,我们知道银河系大概有一千亿颗类似太阳的恒星,这大致给出了星系质量的下限。现在我们可以估算下宇宙有多少个星系,把他们逐个累加是不现实的,因为数目太大。但是一种合理的估计是一百亿个,于是就得出总重量为10^21个太阳质量,或者说约10^48吨。只要知道这个星系大家庭的半径(可见宇宙),我们便可计算出宇宙的逃逸速度大约是百分之一光速,由此我们可以得出这样的结论,如果宇宙的重量仅仅来自恒星,它便可以摆脱自身引力的束缚,永恒膨胀下去。。。。
    后续还会计算暗物质,宇宙大爆炸后留存至今的一些原初宇宙的遗骸重量


    IP属地:上海3楼2015-09-26 21:17
    回复
      我们看到的物质同实际的物质相比,显然估计过低了,因为宇宙天体并不都是发光的,诸如暗星,行星和黑洞一类的暗天体,更有大量的尘埃和气体,此外,也难以相信星际空间完全空无一物,那里也许会有宇宙尺度般大片的超稀薄气体晕存在(比实验室的真空还真空)。
      观察结果显示,银河系的质量并不是像恒星那样都聚集在星系中央部分,在外围有大量的不可见物质或者暗物质,如果从亮度来所反映的质量来看,外围的物质质量是它们显示的亮度十倍以上,甚至高达五千倍。
      对星系团结构的观察来看,几百个星系组成的星系团,除非那里至少有比亮物资多300倍质量的暗物质,星系团的引力才能将星系束缚成团。
      对宇宙更大尺度的观察研究后发现,存在着大量不可见的物质,星系团和超星系团才能在宇宙大爆炸后的这段时间形成现在所观察到的纤维结构。
      总的来说,天文学界估算的宇宙暗物质数量各不相同,可能的情况是暗物质和发光物质的质量比至少为10比1,甚至有时也缓引100比1这类的比值。令人吃惊的是,天文学家居然不知道宇宙主要是由什么东西够成的,长期以来,大家认为宇宙的主要成分是恒星,结果发现恒星只占总质量中相当小的一部分。


      IP属地:上海4楼2015-09-26 21:19
      收起回复
        明天继续更新


        IP属地:上海5楼2015-09-26 21:21
        回复
          不错


          IP属地:安徽来自iPhone客户端6楼2015-09-26 21:35
          回复
            为了追踪暗物质,宇宙学家把目光放在了宇宙大爆炸,宇宙大爆炸诞生了你我都熟悉的电子,质子和中子之外,必然也诞生了许多其它的粒子,由于大多数很不稳定,很快发生衰变,只留下了除了电子,质子和中子之外的一些基本不和外界发生作用也几乎不衰变的粒子。这些就是原初宇宙留下的残骸,这些遗骸主要是中微子,科学家把目光盯在中微子身上,中微子几乎不能衰变成任何东西,也几乎不和外界发生作用,每秒穿行过我们身体的中微子数量就有一万亿亿个。因为我们认定宇宙应当沉浸在大爆炸后的中微子海洋中,得出的计算结果是每立方厘米有一百万个中微子。这么多的中微子的存在,对宇宙的最终命运具有深远的影响。
            明天继续谈如何确定中微子的重量。


            IP属地:上海来自Android客户端7楼2015-09-27 07:52
            回复
              在宇宙吧都没人喜欢看这个吗?大家中秋快乐!


              IP属地:上海来自Android客户端8楼2015-09-27 16:14
              回复
                楼主继续。。。


                IP属地:广东9楼2015-09-27 17:46
                回复
                  对于快速运动的粒子来说,质量是个难以琢磨的概念。那是因为物体的质量并不是一个固定不变的量,而是取决于他的速度。如果一千克的铅球以每秒260000公里的速度运动,便会中两公斤,关键因素是光速。物体的速度越接近光速,它的质量就越大,而且没有极限。一般我们谈到亚原子粒子的质量时,都是指静止质量。例如在大型加速器内部,做回旋运动的粒子的质量会达到它们静止质量的几千倍。
                  至于重力,它是实实在在的存在,而不是算出来的静止质量。中微子的静止质量可能非常小,但以接近光速运行时,会有很大的质量。事实上,也许它们甚至可能是零静止质量,而运动的速度等于光速,这时它们的质量根据它们的能量来确定,推导出来的结果是,
                  如果中微子具有零静止质量,那么对宇宙的总重量并没有重大贡献。另一方面,如果中微子具有有限的静止质量,它肯定非常小,比已知的任何粒子都要小。但是宇宙中有那么多的中微子,即使静止质量小到电子质量的万分之一,也足矣产生重大影响,中微子的总质量将会超过所有恒星的总重量。
                  那么,如何确定中微子是不是拥有静止质量呢?超新星的爆发可以帮助我们。如果中微子没有静止质量,那么它们的运行速度将是光速,另一方面,如果中微子有很小的非零静止质量,那末,这个速度可能就有个范围。速度的区别是很小的,但中微子要在太空中作长时间的太空旅行才会来到地球,即使微小的速度变化,也会引起到达地球时间上的变化。研究来自超新星1987A爆发时来到地球的中微子到达时间和超新星爆发时间的对比,可以得出中微子静止质量的上限为电子质量的三万分之一。


                  IP属地:上海来自Android客户端10楼2015-09-28 21:07
                  收起回复
                    阿剑同名 [host]:对宇宙大爆炸的遗骸,可能产生的其它稳定的弱相互作用重粒子,也许它们会有相当大的质量,但通过实验没有得到发现,所以不谈。


                    IP属地:上海来自Android客户端11楼2015-09-28 21:10
                    回复
                      给宇宙称重是很多物理学家和天文学家一直不变的话题,但我还是第一次看到原文作者保尔戴维斯这样新颖的观点,把高速运动的粒子纳入宇宙总质量的一部分,这是很多人忽略的地方。后续还会讲到另一个大家容易忽略的地方,不妨猜猜?


                      IP属地:上海来自Android客户端12楼2015-09-28 21:16
                      回复
                        都没人回复,一点继续码字的动力都没有。。。


                        IP属地:上海来自Android客户端13楼2015-09-28 21:26
                        回复
                          不懂啊不过支持


                          IP属地:海南来自Android客户端14楼2015-09-28 22:32
                          回复


                            IP属地:北京来自iPhone客户端15楼2015-09-28 22:34
                            回复


                              IP属地:北京来自iPhone客户端16楼2015-09-28 22:34
                              回复