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宇宙学中的悖论

2020-06-04 16:14:27 来源：网络整理作者：管理员

来源：大科技

微信号：hdkj1997

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科学中的悖论，常常会让科学家头疼不已。但是对悖论的分析和解决，也常常会引起科学中的重要突破。例如对于以太是否存在的探讨，最终导致了狭义相对论的提出。所以，把当今科学中一些悖论列出起来，是值得一做的。下面我们就来说说当代宇宙学中存在的悖论。

宇宙膨胀的悖论

宇宙学中最为重要的悖论，则来自宇宙在不断膨胀的事实。宇宙在膨胀的证据，来自于几个不同的观察结果。

首先是远处的星系都在远离我们，因为来自这些星系的光存在着红移，而且星系离我们越远，红移越严重。科学家认为，这种现象是因为离我们越远的星系，离开我们的速度就越快。而且最近的证据还表明，宇宙在加速膨胀。

宇宙学中的悖论

但是我们要知道，宇宙的膨胀是空间本身的膨胀，也就是说在膨胀的过程中，会有真空产生出来，但究竟是怎么产生的，宇宙学家还不清楚，甚至还没有人在实验室中检测这种现象。

另外，宇宙中任何一个空间里都是有能量的。如果宇宙的空间体积在增加，那么不可避免的结果就是能量也必然增加。所以，不管你喜不喜欢，宇宙膨胀就意味着宇宙中总体的能量是不守恒的，这与能量守恒定律是相悖的。其实，宇宙学家都知道这个悖论，但他们也只能摇摇头，不知道如何解决。

真空能密度的悖论

另一个悖论来自于真空能问题。量子力学认为，真空具有着能量，也称为零点能。物理学家花费很多精力，来计算其能量密度，其结果是个巨大的数值，处在1094g/cm3的数量级。根据质能关系公式，这么大的能量密度，会对宇宙产生很明显的引力效应。

然而，宇宙学家根据观测到的引力效应（这也被称为宇宙学常数），经过计算的得出的结果是，真空能密度却只有10-29g/cm3。那么问题就来了，这两个数值差距也太大了，竟然差了123个数量级。这么大的差距是怎样产生的？这个悖论困扰着所有的宇宙学家。

宇宙均匀假设的悖论

最后一个悖论更值得探讨。它来自于爱因斯坦广义相对论的基本假设——如果你在大尺度下观察宇宙，在各个方向上看应该是一样的。而在小尺度下，宇宙是均匀的假设并不成立。例如，我们的银河系属于本星系群的一部分，而本星系群又属于更大的超星系群的一部分。宇宙在小尺度上更像是分形结构。

在宇宙中，哈勃定律适用的尺度是从1Mpc（Mpc为百万秒差距，1秒差距约等于3.26光年）开始的。哈勃定律认为，来自遥远星系光线的红移与它们的距离成线型正比，这是因为宇宙是均匀的，它在均匀地膨胀。当代宇宙学就是建立在哈勃定律上发展起来的，而哈勃定律又是建立在均匀假设的基础上的。所以如果认为宇宙在1Mpc以上的范围内是均匀的，那么一切就不成问题。

宇宙学中的悖论

但是观测的结果却带来了悖论。天文学家发现，即使在超过100Mpc（大约3.26亿光年）的范围内，仍然存在着不均匀的分形星系结构。这样说来，即使宇宙是不均匀的，哈勃定律还是成立的。这说明哈勃定律产生的原因并不是宇宙是均匀的结果。那么哈勃定律存在的原因究竟是什么呢？所以，我们需要重新考虑哈勃定律出现的原因。

宇宙学家对于宇宙不断地了解，尤其是宇宙大爆炸模型的提出，说明我们人类对于宇宙的了解取得了不错的成功。然而上面这些悖论，说明这种成功不过是一种错觉。我们需要认真考虑这些悖论，这样的话，新的宇宙学革命可能就会出现。

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