User Tools

Site Tools


start
Vũ trụ là tất cả không gian và thời gian [a] và nội dung của chúng, [10] bao gồm các hành tinh, sao, thiên hà và tất cả các dạng khác của vật chất và năng lượng. Trong khi kích thước không gian của toàn bộ vũ trụ vẫn chưa được biết, [3] có thể đo được vũ trụ quan sát được. Các mô hình khoa học đầu tiên của Vũ trụ được phát triển bởi các nhà triết học Hy Lạp và Ấn Độ cổ đại và được địa tâm, đặt Trái đất ở trung tâm Vũ trụ. [11][12] Qua nhiều thế kỷ, các quan sát thiên văn chính xác hơn đã khiến Nicolaus Copernicus phát triển mô hình nhật tâm với Mặt trời ở trung tâm của Hệ Mặt Trời. Trong việc phát triển luật hấp dẫn vũ trụ, Sir Isaac Newton đã xây dựng dựa trên công việc của Copernicus cũng như các định luật về chuyển động hành tinh của Tycho Brahe và Johannes Kepler. Những cải tiến quan sát tiếp theo đã dẫn đến việc nhận ra rằng Mặt Trời của chúng ta là một trong hàng trăm tỷ ngôi sao trong thiên hà mà chúng ta gọi là Ngân hà, là một trong ít nhất hàng trăm tỷ thiên hà trong vũ trụ. Nhiều ngôi sao trong thiên hà của chúng ta có các hành tinh. Tại các thiên hà quy mô lớn nhất được phân bố đồng đều và giống nhau theo mọi hướng, có nghĩa là Vũ trụ không có cạnh và cả một trung tâm. Ở quy mô nhỏ hơn, các thiên hà được phân bố trong các cụm và siêu liên kết tạo thành các sợi và khoảng trống rộng lớn trong vũ trụ, tạo ra một cấu trúc giống như bọt. [13] Những khám phá đầu thế kỷ 20 đã cho rằng vũ trụ đã bắt đầu và không gian đó [15] Lý thuyết Big Bang là mô tả vũ trụ hiện hành về sự phát triển của vũ trụ. Theo lý thuyết này, không gian và thời gian nổi lên cùng nhau 13.799 ± 0.021 tỷ năm trước [2] với một lượng năng lượng và vật chất cố định đã trở nên ít dày đặc hơn Vũ trụ đã mở rộng. Sau khi mở rộng tăng tốc ban đầu vào khoảng 10 −32 giây và tách bốn lực cơ bản đã biết, Vũ trụ dần nguội đi và tiếp tục giãn nở, cho phép các hạt hạ nguyên tử đầu tiên và các nguyên tử đơn giản hình thành. Vật chất tối dần dần tập trung tạo thành một cấu trúc giống như bọt của sợi và khoảng trống dưới ảnh hưởng của lực hấp dẫn. Những đám mây khổng lồ của hiđrô và heli dần được rút ra từ những nơi vật chất tối dày đặc nhất, hình thành các thiên hà, ngôi sao đầu tiên và mọi thứ khác được thấy ngày nay. Có thể thấy các vật thể hiện nay xa hơn 13,799 tỷ năm ánh sáng bởi vì chính không gian đã mở rộng, và nó vẫn đang mở rộng ngày nay. Điều này có nghĩa là các vật thể hiện nay cách xa tới 46 tỷ năm ánh sáng vẫn có thể được nhìn thấy trong quá khứ xa xôi của chúng, bởi vì trong quá khứ khi ánh sáng của chúng được phát ra, chúng gần gũi hơn với Trái đất. Từ việc nghiên cứu chuyển động của các thiên hà, chúng ta biết rằng vũ trụ chứa nhiều vật chất hơn chúng ta có thể phát hiện theo những cách thông thường. Vật chất vô hình này được gọi là vật chất tối [16] ( tối có nghĩa là có rất nhiều bằng chứng gián tiếp mạnh mẽ mà nó tồn tại, nhưng chúng ta vẫn chưa phát hiện ra nó một cách trực tiếp). Mô hình Lambda-CDM là mô hình được chấp nhận rộng rãi nhất trong vũ trụ của chúng ta. Nó cho thấy rằng khoảng 69,2% ± 1,2% [2015] khối lượng và năng lượng trong vũ trụ là một trường vô hướng được gọi là năng lượng tối chịu trách nhiệm cho sự giãn nở hiện tại của không gian, và khoảng 25,8% [2015] là vật chất tối. [17] Vật chất thông thường ("baryonic") chỉ là 4,9% [2015] của vũ trụ vật lý. [17] Sao, hành tinh và mây khí có thể nhìn thấy chỉ hình thành 6% của vật chất thông thường, hoặc khoảng 0,3% của toàn bộ vũ trụ [18] Có nhiều giả thuyết cạnh tranh về số phận cuối cùng của vũ trụ và về cái gì, nếu có, trước Big Bang , trong khi các nhà vật lý và triết gia khác từ chối suy đoán, nghi ngờ rằng thông tin về các tiểu bang trước đây sẽ có thể truy cập được. Một số nhà vật lí đã đề xuất nhiều giả thuyết đa vũ trụ khác nhau, trong đó vũ trụ có thể là một trong số nhiều vũ trụ tồn tại tương tự. [3][19][20]

Định nghĩa

Vũ trụ vật lý được định nghĩa là tất cả không gian và thời gian [a] (gọi chung là không thời gian) và nội dung của chúng [10] Các nội dung như vậy bao gồm tất cả năng lượng dưới nhiều dạng khác nhau, bao gồm bức xạ điện từ và vật chất, và do đó các hành tinh, mặt trăng, sao, thiên hà và nội dung của không gian giữa các thiên hà [21][22][23] Vũ trụ cũng bao gồm vật lý Vũ trụ thường được định nghĩa là "tổng thể của sự tồn tại", hoặc mọi thứ tồn tại, [24] Thực ra, một số nhà triết học và nhà khoa học hỗ trợ đưa ý tưởng và khái niệm trừu tượng - như toán học và logic - trong định nghĩa [25][26][27] Từ vũ trụ cũng có thể ám chỉ đến các khái niệm như vũ trụ thế giới và bản chất . [28][29]

Từ nguyên

Từ vũ trụ xuất phát từ từ tiếng Pháp cổ mà lần lượt xuất phát từ từ tiếng Latin universum . [30] Từ tiếng Latinh đã được sử dụng bởi Cicero và sau này là các tác giả Latinh theo nhiều nghĩa tương tự như từ tiếng Anh hiện đại được sử dụng [31]

Từ đồng nghĩa

Thuật ngữ "vũ trụ" trong số các nhà triết học Hy Lạp cổ đại từ Pythagoras trở đi là τὸ ᾶ ὅλον tò hólon ("tất cả mọi thứ "), không nhất thiết bao gồm khoảng trống. [32][33] Một từ đồng nghĩa khác là ὁ κόσμος ho kósmos (có nghĩa là worl [34] Các từ đồng nghĩa cũng được tìm thấy trong các tác giả Latinh ( totum mundus natura ) [35] và tồn tại trong các ngôn ngữ hiện đại, ví dụ, các từ tiếng Đức Das All Weltall Natur cho Vũ trụ . Các từ đồng nghĩa được tìm thấy bằng tiếng Anh, như mọi thứ (như trong lý thuyết của mọi thứ), vũ trụ (như vũ trụ học), thế giới (như trong giải thích nhiều thế giới), và thiên nhiên (như trong luật tự nhiên hay triết học tự nhiên) ) [36]

Niên đại và Vụ nổ lớn

-13 - - -12 - - -11 - - -10 - - -9 - - -8 - - -7 - - -6 - - -5 - - -4 - - -3 - [19659006] - -2 - - -1 - - 0 -
 Hình ảnh ở trên chứa các liên kết có thể nhấp "src =" http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/Interactive_icon.svg/18px- Interactive_icon.svg.png "title =" Hình trên có chứa các liên kết có thể nhấp "width =" 18 "height =" 27 "srcset =" // upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/Interactive_icon.svg /27px-Interactive_icon.svg.png 1.5x, //upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/e6/Interactive_icon.svg/36px-Interactive_icon.svg.png 2x "dữ liệu-file-width =" 133 "data-file-height =" 200
Mô hình phổ biến cho sự tiến hóa của vũ trụ là thuyết Big Bang. [37][38] Mô hình Big Bang nói rằng trạng thái sớm nhất của Vũ trụ là một mô hình cực kỳ nóng và dày đặc, và vũ trụ sau đó được mở rộng và làm mát. Mô hình dựa trên thuyết tương đối rộng và đơn giản hóa các giả định như tính đồng nhất và đẳng hướng của không gian. Một phiên bản của mô hình với hằng số vũ trụ (Lambda) và vật chất tối lạnh, được gọi là mô hình Lambda-CDM, là mô hình đơn giản nhất cung cấp một tài khoản hợp lý về các quan sát khác nhau về vũ trụ. Mô hình Big Bang tính toán các quan sát như sự tương quan khoảng cách và chuyển dịch của các thiên hà, tỷ số giữa số nguyên tử hydro thành helium và nền bức xạ vi sóng.
Trong biểu đồ này, thời gian trôi qua từ trái sang phải, vì vậy tại bất kỳ thời điểm nào, Vũ trụ được biểu diễn bằng một "lát" hình đĩa của biểu đồ.
Trạng thái nóng, dày đặc ban đầu được gọi là kỷ nguyên Planck , một khoảng thời gian ngắn kéo dài từ thời gian 0 đến một đơn vị thời gian Planck khoảng 10 −43 giây. Trong thời đại Planck, tất cả các loại vật chất và tất cả các loại năng lượng đều tập trung vào trạng thái dày đặc, và lực hấp dẫn - hiện yếu nhất trong bốn lực lượng đã biết - được cho là mạnh như các lực cơ bản khác, và tất cả các lực lượng có thể đã được thống nhất. Kể từ thời đại Planck, không gian đã được mở rộng đến quy mô hiện tại, với một khoảng thời gian rất ngắn nhưng mãnh liệt của lạm phát vũ trụ được cho là đã xảy ra trong 10 −32 đầu tiên [39] . mở rộng khác với những gì chúng ta có thể thấy xung quanh chúng ta hôm nay. Các đối tượng trong không gian không di chuyển vật lý; thay vào đó, số liệu xác định không gian chính nó đã thay đổi. Mặc dù các đối tượng trong không thời gian không thể di chuyển nhanh hơn tốc độ ánh sáng, nhưng giới hạn này không áp dụng cho chỉ số điều chỉnh thời gian không chính nó. Giai đoạn lạm phát ban đầu này được cho là giải thích tại sao không gian dường như rất bằng phẳng, và lớn hơn nhiều so với ánh sáng có thể di chuyển kể từ khi bắt đầu vũ trụ. Trong phần đầu tiên của một giây tồn tại của vũ trụ, bốn lực cơ bản đã tách ra. Khi vũ trụ tiếp tục hạ nhiệt từ trạng thái nóng không thể tưởng tượng của nó, nhiều loại hạt hạ nguyên tử khác nhau có thể hình thành trong một thời gian ngắn được gọi là kỷ nguyên quark, kỷ nguyên hadron, và kỷ nguyên lepton. Cùng với nhau, những kỷ nguyên này bao gồm chưa tới 10 giây sau Big Bang. Những hạt cơ bản này liên kết ổn định với các kết hợp lớn hơn bao giờ, bao gồm proton và neutron ổn định, sau đó tạo thành hạt nhân nguyên tử phức tạp hơn thông qua phản ứng tổng hợp hạt nhân. Quá trình này, được gọi là quá trình tổng hợp hạt nhân của Big Bang, chỉ kéo dài khoảng 17 phút và kết thúc khoảng 20 phút sau vụ nổ Big Bang, vì vậy chỉ có những phản ứng nhanh nhất và đơn giản nhất xảy ra. Khoảng 25% proton và tất cả các neutron trong vũ trụ, tính theo khối lượng, được chuyển thành helium, với một lượng nhỏ deuterium (một dạng hydro) và các dấu vết của lithium. Bất kỳ nguyên tố nào khác chỉ được hình thành với số lượng rất nhỏ. 75% proton còn lại không bị ảnh hưởng, như hạt nhân hydrogen. Sau khi nhân tế bào kết thúc, vũ trụ bước vào một thời kỳ gọi là kỷ nguyên photon. Trong giai đoạn này, Vũ trụ vẫn còn quá nóng để tạo thành các nguyên tử trung tính, vì vậy nó chứa một plasma nóng, dày đặc, sương mù của các electron tích điện âm, neutrino trung tính và hạt nhân dương. Sau khoảng 377.000 năm, vũ trụ đã nguội đủ để các electron và hạt nhân có thể hình thành các nguyên tử ổn định đầu tiên. Điều này được gọi là tái tổ hợp vì lý do lịch sử; trên thực tế, các electron và hạt nhân đã được kết hợp lần đầu tiên. Không giống như plasma, các nguyên tử trung tính trong suốt với nhiều bước sóng ánh sáng, do đó, lần đầu tiên vũ trụ cũng trở nên trong suốt. Các photon phóng thích ("tách rời") khi các nguyên tử này hình thành vẫn có thể được nhìn thấy ngày nay; chúng tạo thành nền vi sóng vũ trụ (CMB). Khi vũ trụ giãn nở, mật độ năng lượng của bức xạ điện từ giảm nhanh hơn so với cường độ vật chất vì năng lượng của photon giảm đi theo bước sóng của nó. Vào khoảng 47.000 năm, mật độ năng lượng của vật chất trở nên lớn hơn các photon và neutrino, và bắt đầu thống trị hành vi quy mô lớn của vũ trụ. Điều này đánh dấu sự kết thúc của thời kỳ bức xạ thống trị và sự khởi đầu của thời đại vật chất thống trị. Trong những giai đoạn sớm nhất của vũ trụ, những dao động nhỏ bé trong mật độ của vũ trụ dẫn đến nồng độ vật chất tối dần hình thành. Vật chất thông thường, bị hấp dẫn bởi những lực hấp dẫn này, tạo ra những đám mây khí lớn và cuối cùng là các ngôi sao và các thiên hà, nơi vật chất tối dày đặc nhất, và khoảng trống ở nơi nó dày đặc nhất. Sau khoảng 100 - 300 triệu năm, [ trích dẫn cần thiết ] các ngôi sao đầu tiên được hình thành, được gọi là Dân số III sao. Đây có lẽ là rất lớn, sáng, không kim loại và ngắn ngủi. Họ chịu trách nhiệm cho việc tái luân chuyển vũ trụ dần dần giữa khoảng 200-500 triệu năm và 1 tỷ năm, và cũng cho gieo hạt vũ trụ với các nguyên tố nặng hơn helium, thông qua quá trình tổng hợp sao. [40] Vũ trụ cũng chứa một năng lượng bí ẩn - có thể một trường vô hướng - được gọi là năng lượng tối, mật độ của nó không thay đổi theo thời gian. Sau khoảng 9,8 tỷ năm, Vũ trụ đã mở rộng đủ để mật độ vật chất nhỏ hơn mật độ năng lượng tối, đánh dấu sự khởi đầu của kỷ nguyên năng lượng tối hiện nay. [41] Trong thời đại này, sự giãn nở của Vũ trụ đang tăng tốc do năng lượng tối.

Tính chất vật lý

Trong bốn tương tác cơ bản, lực hút là ưu thế ở quy mô chiều dài thiên văn. Hiệu ứng của Gravity được tích lũy; ngược lại, tác động của các điện tích dương và âm có xu hướng hủy bỏ nhau, khiến cho điện từ tương đối không đáng kể trên các thang đo chiều dài thiên văn. Hai tương tác còn lại, lực hạt nhân yếu và mạnh, giảm rất nhanh với khoảng cách; hiệu ứng của chúng được giới hạn chủ yếu ở các chiều dài phụ nguyên tử. Vũ trụ dường như có nhiều vấn đề hơn phản vật chất, một sự bất đối xứng có thể liên quan đến vi phạm CP. [42] Sự mất cân bằng giữa vật chất và phản vật chất là một phần trách nhiệm cho sự tồn tại của tất cả vật chất hiện có, kể từ vật chất và phản vật chất, được sản xuất đều tại Big Bang, sẽ tiêu diệt hoàn toàn lẫn nhau và chỉ còn lại các photon do tương tác của chúng. [43][44] Vũ trụ cũng dường như không có động lượng và động lượng góc, tuân theo các định luật vật lý nếu vũ trụ là hữu hạn . Những luật này là luật của Gauss và sự không phân kỳ của giả thuyết ứng suất-năng lượng-động lực căng thẳng. [45]
Quy mô không gian thành phần của vũ trụ quan sát được
 Vị trí của Trái Đất (3x3-Anh Annot-small) .png
Biểu đồ này cho biết vị trí của Trái đất trong Vũ trụ.

Kích thước và vùng

Kích thước của Vũ trụ có phần khó xác định. Theo lý thuyết tương đối tổng quát, các vùng xa của không gian có thể không bao giờ tương tác với chúng ta ngay cả trong đời của vũ trụ do tốc độ hữu hạn của ánh sáng và sự giãn nở không gian liên tục. Ví dụ, các thông điệp vô tuyến được gửi từ Trái đất có thể không bao giờ đạt tới một số vùng không gian, ngay cả khi Vũ trụ tồn tại mãi mãi: không gian có thể mở rộng nhanh hơn ánh sáng có thể đi qua nó [46] không gian được cho là tồn tại và là một phần của thực tế nhiều như chúng ta, mặc dù chúng ta không bao giờ có thể tương tác với chúng. Vùng không gian mà chúng ta có thể ảnh hưởng và bị ảnh hưởng bởi vũ trụ quan sát được. Vũ trụ quan sát phụ thuộc vào vị trí của người quan sát. Bằng cách đi du lịch, một người quan sát có thể tiếp xúc với một khu vực lớn hơn của không thời gian hơn một người quan sát vẫn còn. Tuy nhiên, ngay cả những du khách nhanh nhất cũng sẽ không thể tương tác với tất cả không gian. Thông thường, vũ trụ quan sát được lấy để có nghĩa là phần vũ trụ có thể quan sát được từ điểm thuận lợi của chúng ta trong dải Ngân hà. Khoảng cách thích hợp - khoảng cách sẽ được đo tại một thời điểm cụ thể, bao gồm hiện tại — giữa Trái Đất và cạnh của vũ trụ quan sát là 46 tỷ năm ánh sáng [47] (14 tỷ parsec) [48]đường kính của vũ trụ có thể quan sát được khoảng 93 tỷ năm ánh sáng (28 tỷ parsec). [49] Khoảng cách ánh sáng từ cạnh của vũ trụ quan sát đã đi rất gần với thời đại vũ trụ có tốc độ ánh sáng, 13,8 tỷ năm ánh sáng (4.2 × 10 ^ 9 pc), nhưng điều này không đại diện cho khoảng cách tại bất kỳ thời điểm nào vì cạnh của vũ trụ quan sát và Trái đất có [50] Để so sánh, đường kính của một thiên hà điển hình là 30.000 năm ánh sáng (9,198 parsec), và khoảng cách điển hình giữa hai thiên hà lân cận là 3 triệu năm ánh sáng (919,8 kiloparsec). [51] một ví dụ, dải Ngân hà có khoảng 100.000–180.000 ánh sáng y tai có đường kính, [52][53] và thiên hà chị em gần nhất với dải Ngân hà, thiên hà Andromeda, nằm cách khoảng 2,5 triệu năm ánh sáng. [54] Bởi vì chúng ta không thể quan sát không gian vượt ra khỏi mép của vũ trụ quan sát được, không biết liệu kích thước của Vũ trụ trong tổng thể của nó là hữu hạn hay vô hạn [3][55][56] Ước lượng cho tổng kích thước của vũ trụ, nếu hữu hạn, đạt tới mức cao 10 10 [19659102] 10 122 { displaystyle 10 ^ {10 ^ {10 ^ {122}}}} megaparsecs, ngụ ý bởi [57][b]

Tuổi và mở rộng

Các nhà thiên văn học tính toán tuổi của vũ trụ bằng cách giả định rằng mô hình Lambda-CDM mô tả chính xác sự tiến hóa của vũ trụ từ một trạng thái nguyên thủy dày đặc, nóng, rất đồng nhất đến trạng thái hiện tại của nó và đo các tham số vũ trụ cấu thành mô hình. [ trích dẫn cần thiết ] Thi Mô hình s được hiểu rõ về mặt lý thuyết và được hỗ trợ bởi các quan sát thiên văn có độ chính xác cao gần đây như WMAP và Planck [ dẫn nguồn ] Thông thường, bộ quan sát được trang bị bao gồm , quan hệ độ sáng / redshift cho siêu tân tinh Loại Ia và cụm thiên hà quy mô lớn bao gồm cả tính năng dao động âm thanh baryon. [ trích dẫn cần thiết ] Các quan sát khác, chẳng hạn như hằng số Hubble, sự phong phú của các cụm thiên hà, thấu kính hấp dẫn yếu và tuổi cụm cầu, nói chung là phù hợp với những điều này, cung cấp một kiểm tra mô hình, nhưng ít được đo chính xác hơn hiện nay [ trích dẫn cần thiết ] Giả sử rằng mô hình Lambda-CDM là chính xác, các phép đo của các tham số sử dụng nhiều kỹ thuật bởi nhiều thí nghiệm mang lại giá trị tốt nhất về tuổi của Vũ trụ tính đến năm 2015 là 13.799 ± 0.021 [2]
Các nhà thiên văn học đã phát hiện ra các ngôi sao trong thiên hà Milky Way gần 13,6 tỷ năm tuổi.
Theo thời gian, Vũ trụ và nội dung của nó đã phát triển; ví dụ, dân số tương đối của các quasar và các thiên hà đã thay đổi [58] và chính không gian đã mở rộng. Do sự mở rộng này, các nhà khoa học trên Trái đất có thể quan sát ánh sáng từ một thiên hà cách xa 30 tỷ năm ánh sáng mặc dù ánh sáng đó chỉ đi được 13 tỷ năm; không gian rất giữa chúng đã mở rộng. Sự mở rộng này phù hợp với quan sát rằng ánh sáng từ các thiên hà xa xôi đã được chuyển dịch lại; các photon phát ra đã được kéo dài đến các bước sóng dài hơn và tần số thấp hơn trong suốt hành trình của chúng. [59] [60] Càng có nhiều vấn đề trong vũ trụ, lực hấp dẫn lẫn nhau mạnh hơn của vấn đề. Nếu vũ trụ quá dày đặc thì nó sẽ tái sụp đổ thành một điểm kỳ dị hấp dẫn. Tuy nhiên, nếu vũ trụ chứa quá ít thì trọng lực tự nhiên sẽ quá yếu đối với các cấu trúc thiên văn, như thiên hà hoặc hành tinh, để hình thành. Kể từ Vụ nổ lớn, vũ trụ đã mở rộng một cách đơn điệu. Có lẽ không ngạc nhiên, vũ trụ của chúng ta chỉ có mật độ năng lượng khối lượng phù hợp, tương đương với khoảng 5 proton trên một mét khối, cho phép nó mở rộng trong 13,8 tỷ năm qua, tạo ra thời gian để hình thành vũ trụ như được quan sát ngày hôm nay [61] Có các lực động lực tác động lên các hạt trong Vũ trụ ảnh hưởng đến tốc độ giãn nở. Trước năm 1998, tỷ lệ mở rộng sẽ giảm khi thời gian trôi qua do ảnh hưởng của các tương tác hấp dẫn trong vũ trụ; và do đó có một số lượng quan sát bổ sung trong Vũ trụ được gọi là tham số giảm tốc, mà hầu hết các nhà vũ trụ học mong đợi là dương và liên quan đến mật độ vật chất của Vũ trụ. Năm 1998, tham số giảm tốc được đo bởi hai nhóm khác nhau âm, xấp xỉ -0,55, về mặt kỹ thuật ngụ ý rằng đạo hàm bậc hai của hệ số thang vũ trụ a ¨ { displaystyle { ddot { a}}} đã tích cực trong 5-6 tỷ năm qua. [15][62] Tuy nhiên, tăng tốc này không có nghĩa là thông số Hubble hiện tại tăng; xem thông số giảm tốc để biết chi tiết.

Không thời gian

Spacetimes là các đấu trường trong đó tất cả các sự kiện thể chất diễn ra. Các yếu tố cơ bản của spacetimes là các sự kiện. Trong bất kỳ thời gian nào đã cho, một sự kiện được định nghĩa là một vị trí duy nhất tại một thời điểm duy nhất. Một không thời gian là sự kết hợp của tất cả các sự kiện (theo cùng một cách mà một dòng là sự kết hợp của tất cả các điểm của nó), được tổ chức chính thức thành một đa tạp. [63] Vũ trụ dường như là một liên tục không thời gian mịn bao gồm ba chiều không gian và một chiều thời gian (thời gian) (một sự kiện trong không thời gian của Vũ trụ vật lý do đó có thể được xác định bởi một tập hợp bốn tọa độ: ( x z t ) ). Trên trung bình, không gian được quan sát là rất gần bằng phẳng (với độ cong gần bằng không), nghĩa là hình học Euclide là đúng theo kinh nghiệm với độ chính xác cao trong hầu hết vũ trụ. [64] Spacetime cũng dường như có cấu trúc liên kết đơn giản tương tự với một quả cầu, ít nhất là trên phạm vi chiều dài của vũ trụ quan sát được. Tuy nhiên, các quan sát hiện tại không thể loại trừ các khả năng vũ trụ có nhiều chiều hơn (được mô phỏng bởi các lý thuyết như lý thuyết dây) và không thời gian của nó có thể có một cấu trúc liên kết toàn cầu được kết nối với nhau, tương tự với các cấu trúc hình trụ hoặc hình xuyến của hai chiều. [65][66] Không thời gian của vũ trụ thường được hiểu từ góc nhìn Euclide, với không gian bao gồm ba chiều và thời gian bao gồm một chiều, "chiều thứ tư". [67] Bằng cách kết hợp không gian và thời gian vào đa tạp đơn gọi là không gian Minkowski, các nhà vật lý đã đơn giản hoá một số lượng lớn các lý thuyết vật lý, cũng như được mô tả một cách thống nhất hơn với các hoạt động của Vũ trụ ở cả cấp siêu thiên hà và hạ nguyên tử. Các sự kiện không thời gian không được xác định hoàn toàn về mặt không gian và thời gian mà được biết là liên quan đến chuyển động của người quan sát. Không gian Minkowski xấp xỉ vũ trụ không có trọng lực; các đa tạp giả Riemannian của thuyết tương đối rộng mô tả không thời gian với vật chất và trọng lực.

Hình dạng

Ba lựa chọn có thể cho hình dạng của Vũ trụ
Thuyết tương đối rộng mô tả cách không thời gian bị cong và uốn cong bởi khối lượng và năng lượng (trọng lực). Cấu trúc liên kết hoặc hình học của Vũ trụ bao gồm cả hình học địa phương trong vũ trụ quan sát và hình học toàn cầu. Các nhà vũ trụ học thường làm việc với một lát không gian giống như không gian được gọi là tọa độ comoving. Phần không thời gian mà có thể quan sát được là hình nón ánh sáng lạc hậu, phân định đường chân trời vũ trụ. Đường chân trời vũ trụ (còn được gọi là đường chân trời hạt hoặc đường chân trời ánh sáng) là khoảng cách tối đa mà từ đó các hạt có thể đi tới người quan sát trong thời đại vũ trụ. [68][69] Sự tồn tại, tính chất và ý nghĩa của đường chân trời vũ trụ phụ thuộc vào mô hình vũ trụ cụ thể. Một tham số quan trọng xác định sự tiến hóa trong tương lai của lý thuyết vũ trụ là thông số mật độ, Omega (Ω), được định nghĩa là mật độ vật chất trung bình của vũ trụ chia cho một giá trị quan trọng của mật độ đó. Điều này chọn một trong ba hình học có thể tùy thuộc vào việc Ω bằng, nhỏ hơn hoặc lớn hơn 1. Đây được gọi là, tương ứng, các vũ trụ phẳng, mở và đóng. [70] Quan sát , bao gồm trình thám hiểm nền vũ trụ (COBE), bản đồ dò tìm dị hướng lò vi sóng Wilkinson (WMAP) và bản đồ Planck của CMB, cho thấy vũ trụ vô hạn trong phạm vi với độ tuổi hữu hạn, như mô tả của Friedmann – Lemaître – Robertson – Walker ( [71][65][72][73] Các mô hình FLRW này hỗ trợ các mô hình lạm phát và mô hình vũ trụ tiêu chuẩn, mô tả một vũ trụ phẳng, đồng nhất hiện nay bị chi phối bởi vật chất tối và năng lượng tối. [74][75]

Hỗ trợ cuộc sống

Vũ trụ có thể là tinh chỉnh ; Giả thuyết vũ trụ tinh chỉnh là đề xuất rằng các điều kiện cho phép sự tồn tại của cuộc sống trong vũ trụ chỉ có thể xảy ra khi các hằng số vật lý cơ bản phổ biến nằm trong phạm vi giá trị rất hẹp, do đó nếu có một số hằng số cơ bản hơi khác biệt, Vũ trụ sẽ không có khả năng có lợi cho việc hình thành và phát triển vật chất, cấu trúc thiên văn, sự đa dạng nguyên tố hoặc cuộc sống như nó được hiểu. [76] Đề xuất được thảo luận giữa các nhà triết học, nhà khoa học, thần học và người ủng hộ chủ nghĩa sáng tạo.

Thành phần

Vũ trụ bao gồm gần như hoàn toàn của năng lượng tối, vật chất tối và vật chất thông thường. Các nội dung khác là bức xạ điện từ (ước tính chiếm từ 0,005% đến gần 0,01% tổng khối lượng vũ trụ) và phản vật chất. [77] [78] [79] Tỷ lệ của tất cả các loại vật chất và năng lượng đã thay đổi trong lịch sử vũ trụ. [80] Tổng lượng bức xạ điện từ sinh ra trong vũ trụ đã giảm 1/2 trong 2 tỷ qua [81][82] Ngày nay, vật chất thông thường, bao gồm các nguyên tử, sao, thiên hà và cuộc sống, chỉ chiếm 4,9% nội dung của Vũ trụ. [8] Mật độ tổng thể hiện tại của loại vật chất này rất thấp, gần như 4.5 × 10 −31 gram trên mỗi centimét khối, tương ứng với mật độ của thứ tự chỉ có một proton cho mỗi bốn mét khối thể tích. [6] Bản chất của cả năng lượng tối lẫn vật chất tối đều chưa được biết. Vật chất tối, một dạng vật chất bí ẩn chưa được xác định, chiếm 26,8% hàm lượng vũ trụ. Năng lượng tối, đó là năng lượng của không gian trống rỗng và đang gây ra sự giãn nở của vũ trụ để tăng tốc, chiếm 68,3% còn lại của nội dung. [8][83][84]
Sự hình thành các cụm và các sợi quy mô lớn trong mô hình vật chất tối lạnh năng lượng tối. Các khung hình cho thấy sự tiến hóa của các cấu trúc trong một hộp phân tích 43 triệu parsec (hoặc 140 triệu năm ánh sáng) từ chuyển dịch 30 đến thời điểm hiện tại (phía trên bên trái z = 30 xuống dưới z = 0).
Bản đồ siêu kết nối và khoảng trống gần Trái đất nhất
Vật chất tối, và năng lượng tối được phân bố đồng đều trong Vũ trụ qua các vảy dài hơn 300 triệu năm ánh sáng. [85] Tuy nhiên, với chiều dài ngắn hơn, vật chất có xu hướng kết khối phân cấp; nhiều nguyên tử được cô đặc thành sao, hầu hết các ngôi sao thành các thiên hà, hầu hết các thiên hà thành các cụm, siêu liên kết và cuối cùng là các sợi thiên hà quy mô lớn. Vũ trụ quan sát chứa khoảng 300 sextillion (3 × 10 23 ) sao [86] và hơn 100 tỷ (10 11 ) các thiên hà. [87] Điển hình các thiên hà từ các sao lùn với số lượng mười triệu [88] (10 7 ) sao cho những người khổng lồ với một nghìn tỷ [89] (10 12 ) sao. Giữa các cấu trúc lớn hơn là khoảng trống, thường có đường kính 10–150 Mpc (33 triệu – 490 triệu ly). Dải Ngân hà nằm trong Nhóm thiên hà địa phương, mà lần lượt là trong Siêu đế Laniakea [90] Siêu độc quyền này trải rộng trên 500 triệu năm ánh sáng, trong khi Nhóm Địa phương trải dài hơn 10 triệu năm ánh sáng. [91] Vũ trụ cũng có các vùng rộng lớn của sự trống rỗng tương đối; khoảng trống lớn nhất được biết đến là 1,8 tỷ ly (550 Mpc). [92]
So sánh nội dung của Vũ trụ ngày hôm nay với 380.000 năm sau Big Bang được đo bằng dữ liệu WMAP 5 năm (từ năm 2008). [93] (Do làm tròn lỗi, tổng của những con số này không phải là 100%). Điều này phản ánh các giới hạn của năm 2008 về khả năng định nghĩa vật chất tối và năng lượng tối của năm 2008.
Vũ trụ có thể quan sát được đẳng hướng trên các vảy lớn hơn đáng kể so với superclusters, nghĩa là các đặc tính thống kê của Vũ trụ giống nhau theo mọi hướng như quan sát từ Trái đất. Vũ trụ được tắm trong bức xạ vi ba đẳng hướng cao tương ứng với phổ đen cân bằng nhiệt của khoảng 2.72548 kelvins. [7] Giả thiết rằng vũ trụ quy mô lớn là đồng nhất và đẳng hướng được gọi là nguyên lý vũ trụ. [94] Vũ trụ là cả hai đều đồng nhất và đẳng hướng trông giống nhau từ tất cả các điểm thuận lợi [95] và không có trung tâm. [96]

Năng lượng tối

start.txt · Last modified: 2018/11/20 08:16 (external edit)