如何用高中生的知識去了解宇宙
? ? 大家好,近日呢,事件視界望遠鏡(EHT)合作組織發(fā)布了銀河系中心黑洞照片,新一波的宇宙熱度又提升了不少。那作為一般群眾,沒有高深的物理學(xué)天文學(xué)及數(shù)學(xué)知識,怎么去理解我們的宇宙了,那我作為這樣的一個人,從最基礎(chǔ)的知識出發(fā),來理解下我心中的的宇宙,供大家參考。
? ? ?第一呢,自然是宇宙的終極問題,宇宙到底有沒有盡頭?現(xiàn)在基本上所有的科學(xué)家共識,宇宙有邊界,但我覺得,這個邊界并不是我們所認識的日常的邊界。首先呢,我們定義一下邊界,在日常生活中的邊界呢,就是說你到達了這個面之后,再也不能向前了,那無法繼續(xù)向前的這個面呢,就是我們的邊界。就好像房間的墻,是房間的邊界一樣,碰到墻了,我們就不能接著在房間里向前移動了。那這樣的話呢,宇宙的邊界就是你在宇宙里面,不能再向前的那個面,就是宇宙的邊界。具體形容呢,就是假設(shè)有一個人,在宇宙的邊界不遠的地方,拿手去碰宇宙的邊界,當(dāng)你的手無法再向前了,就是宇宙的邊界了。到這里都是很基本的常識,你可能覺得我上面都在說廢話,那下面奇怪的事情來了。我們都知道,宇宙現(xiàn)在還在膨脹的過程中,那么現(xiàn)在的情況是,你拿手去摸宇宙邊界的同時,宇宙自身也在擴張,這樣,會不會存在當(dāng)你你在伸手摸宇宙邊界的同時,宇宙邊界又在遠離你,這樣,你雖然離邊界很近去摸,可是卻發(fā)現(xiàn)摸不到正在遠離你的邊界,你的手能一直向前摸!那這就帶出來一個問題,摸不到的邊界,還算是邊界嗎?這時候,有小伙伴就笑了,怎么會摸不到,你只要伸手的速度大于宇宙邊界擴張的速度不就可以了嗎?那這帶來一個新問題,伸手的速度可以大于宇宙擴張的速度嗎?
? 那我們現(xiàn)在再把去摸宇宙邊界的問題換為我們都會碰到的小學(xué)生的數(shù)學(xué)題,就是簡單的追及問題。就是A以速度v1向前跑,B以速度V2向前追,什么時候B能追上A。這并不是要大家去解這道題,我們高中生也不會從公式中去理解這個宇宙。我們先要定義一下,什么算是B追上A了?現(xiàn)實生活中,就是簡單的B超過A的時候,就是B追上了A。但是,用稍微理論一點的解釋,應(yīng)該是存在前方某個點,B將先于或同時與A到達,首次出現(xiàn)這個點的時候,就是B追上了A。這句話的關(guān)鍵不在于那個點在哪,而是在先于或同時這兩個詞。換成我們?nèi)ッ钪娴倪吔?,就是你的手有可?strong>先于或同時與宇宙的邊界到達某個點嗎?說到這,有同學(xué)估計可以認識到這里面存在悖論了。首先,你肯定無法先于宇宙的邊界到達某個點 。因為這等于是你先跑到邊界外面去了,那你就打破了對邊界的定義,因為邊界就是你無法在向前的面。那現(xiàn)在就是同時到達?,F(xiàn)實生活中,你判斷你到達了墻的邊界,在你用力按墻的時候,墻會給你一個反作用力,墻是變形了的,那就是你實際上是使墻到達了一個新的邊界,然后還原回來。所以,現(xiàn)實中存在墻這個邊界,是因為外面有更大的邊界存在,可以是墻這個邊界變形。但是宇宙的外面不存在一個更大的邊界,因為那樣的話,那個邊界才是宇宙的邊界。那么同時到達可能嘛?那么你就是和邊界同時到達邊界,但是在下一個時刻,邊界又往前一些,那么你伸出去的手也要再往前。這樣就變成了無限追及,卻無法追到的情況。這樣,就非常像古希臘的芝諾悖論。你永遠只能追到現(xiàn)在的烏龜,但是下一個時刻,烏龜就在下一個點了,你又追不上了。這個哲學(xué)思辨放在宇宙邊界是完全可行的。現(xiàn)實世界的追及問題,是要先假定你能追到烏龜?shù)臅r間點,然后再算出這個時間點。但是在宇宙邊界中,在未來宇宙邊界未達到的地方,是不存在時間的,沒有時間點給你假設(shè),就算你假設(shè)了這個點,這個點也是不存在的,所以,我覺得最終的結(jié)論是,宇宙邊界存在,但將無法被追及。這里追及的意思是,存在,但永遠無法被觀測到。
? ?任何追向宇宙邊界的觀測行為,最終都將無限趨同于宇宙的擴張速度,這個速度就是最大速度?,F(xiàn)在可證明的最大速度是光速,那怎么理解光速最大呢?相對論上的光速最大太難懂,我們從最基礎(chǔ)的知識上來理解。首先,我們要定義什么事最大。一種定義方法是,最大數(shù)大于你所能列舉出來的的任何數(shù)。那這沒辦法求證,因為你永遠能列舉下去。另一種方法是,存在一個數(shù),任何對這個數(shù)加減的結(jié)果,都小于或等于這個數(shù),那這個數(shù)就是最大數(shù)。 光速就是這樣一個現(xiàn)象,你對光速進行任何的減速加速,得出的速度都會小于等于光速。為什么光速最大呢?我覺得,這是因為我們講速度的時候,不僅有距離,還有時間在里面。光速之所以最大,是因為你只能在未來能到的時間點到達那個點,你不能在時間還沒到那個點的時候,就提前到達那個點。時間還沒到的那個點,是不存在點,你不可能到達。所以,限定光速的不是距離的概念,而是時間。任何物體行進時速,只能小于等于時間的流速。所以這就和之前的宇宙的邊界相呼應(yīng)。
? ?以上就是時間和空間??偠灾褪?,空間有限但不可及,時間有速但不可達。不涉及什么理論知識,只是作為一個高中生最淺顯的理解,可笑之處太多,本來就文化水平有限,謝謝理解,再見!