如果宇宙已经无限大，它会膨胀到什么程度？

宇宙在不断膨胀，但科学家如何思考它会膨胀成什么？

当您烘烤一条面包或一批松饼时，您将面团放入平底锅中。当面团在烤箱中烘烤时，它会膨胀到烤盘中。随着松饼面糊的膨胀，松饼面糊中的任何巧克力片或蓝莓都会彼此远离。

宇宙的膨胀在某些方面是相似的。但这个类比有一个错误——当面团膨胀到烤盘中时，宇宙没有任何东西可以膨胀。它只是扩展到自身。

这感觉像是一个脑筋急转弯，但宇宙被认为是宇宙中的一切。在膨胀的宇宙中，没有平底锅。只是面团。即使有平底锅，它也是宇宙的一部分，因此它会随着平底锅而膨胀。

即使对我这样一个研究宇宙多年的物理学和天文学教授来说，这些想法也很难理解。在日常生活中你不会经历过这样的事情。这就像问北极更北的方向是哪个方向。

思考宇宙膨胀的另一种方法是思考其他星系如何远离我们的星系，即银河系。科学家们知道宇宙正在膨胀，因为他们可以追踪其他星系远离我们的星系。他们使用其他星系远离我们的速度来定义膨胀。这个定义使他们能够想象扩展，而无需扩展某些东西。

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膨胀的宇宙

宇宙始于138亿年前大爆炸。大爆炸将宇宙的起源描述为一个极其致密、炽热的奇点。这个微小的点突然经历了称为暴胀的快速膨胀，宇宙中的每个地方都向外膨胀。但“大爆炸”这个名字具有误导性。顾名思义，这并不是一次巨大的爆炸，而是宇宙迅速膨胀的时期。

然后宇宙迅速凝聚并冷却，并开始产生物质和光。最终，它演化成了我们今天所知的宇宙。

物理学家亚历山大·弗里德曼 (Alexander Friedman) 在 1922 年首次发表了我们的宇宙不是静态的、可以膨胀或收缩的观点。他从数学上证实了宇宙正在膨胀。

虽然弗里德曼证明了宇宙至少在某些地方正在膨胀，但埃德温·哈勃对膨胀率进行了更深入的研究。许多其他科学家证实其他星系正在远离银河系，但 1929 年，哈勃发表了他的著名论文，证实整个宇宙正在膨胀，而且膨胀的速度正在增加。

这一发现仍然让天体物理学家感到困惑。什么现象使宇宙能够克服将其保持在一起的引力，同时通过将宇宙中的物体拉开而膨胀？最重要的是，它的扩张速度随着时间的推移而加快。

许多科学家使用一种称为膨胀漏斗的视觉效果来描述自大爆炸以来宇宙膨胀的加速情况。想象一个有宽边的深漏斗。漏斗的左侧——窄端——代表宇宙的开始。当你向右移动时，你就在时间上向前移动。圆锥体的扩大代表宇宙的膨胀。

科学家们还无法直接测量导致加速膨胀的能量来自何处。他们无法检测或测量它。因为他们无法看到或直接测量这种能量，所以他们将其称为暗能量。

根据研究人员的模型，暗能量必定是宇宙中最常见的能量形式，约占宇宙总能量的68%。构成地球、太阳和我们能看到的一切的日常物质的能量仅占所有能量的大约5%。

扩张漏斗外

那么，扩张漏斗之外是什么？

科学家们没有任何证据表明我们已知的宇宙之外有任何东西。然而，一些人预测可能存在多个宇宙。包含多个宇宙的模型可以解决科学家在当前宇宙模型中遇到的一些问题。

我们当前物理学的一个主要问题是研究人员无法整合量子力学（它描述了物理学如何在非常小的尺度上工作）和重力（控制）大规模物理。

物质在小尺度上的行为规则取决于概率和量化的或固定的能量。在这种规模下，物体可以出现或消失。 物质可以表现为波。 量子世界与我们看待世界的方式非常不同。

在物理学家称之为经典力学的大尺度上，物体的行为与我们期望的日常行为一致。物体没有被量子化，并且可以具有连续的能量。对象不会突然出现和消失。

量子世界的行为有点像电灯开关，能量只有一个开关选项。我们看到并与之互动的世界就像一个调光开关，允许所有级别的能量。

但当研究人员试图在量子水平上研究引力时，他们遇到了问题。在小尺度上，物理学家必须假设重力是量子化的。但他们中的许多人进行的研究并不支持这个想法。

将这些理论结合起来的一种方法是多元宇宙理论。有许多理论超越了我们当前的宇宙来解释引力和量子世界如何协同工作。一些领先的理论包括弦理论、膜宇宙学、环量子理论等等。

无论如何，宇宙将继续膨胀，银河系与大多数其他星系之间的距离随着时间的推移而变得越来越长。

此问题由来自蒙大拿州米苏拉的 10 岁 Mael 提交，是 The Conversation 好奇儿童系列的一部分。

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