分享

宇宙到底有多大?可能答案超出你的想象

 行者无忌图书馆 2022-10-12 发布于福建

如果你足够幸运,住在远离城市灯光的地方,你可能会有一天晚上走到外面抬头看。在晴朗的夜晚,你会看到令人惊叹的星空——每一颗都是遥远的太阳。如果你有一点知识 (或一个方便的应用程序),你甚至可以识别一两个星座。

图片

但最令人惊叹的是,宇宙似乎永远保持着神秘。甚至我们最古老的祖先也思考过天空的本质,以及与行星、恒星的距离,以及偶尔划过天空的彗星。你可能认为在现代,我们应该知道宇宙的大小,但我们不知道。另一方面,不知道一切并不等于什么都不知道。那么,我们知道什么,不知道什么?宇宙到底有多大?

假设的静态宇宙

首先,我们知道两个关键事实。第一种说法是,宇宙起源于大约140亿年前的一个单一事件,称为大爆炸。第二,普通的可见光的速度是有限的。它以每秒30万公里的惊人速度传播,这一速度足以在一秒钟内绕地球7圈。我们把光一年所能传播的距离称为一光年,这相当于大约10万亿公里。

我们需要理解的另一个重要概念是可见宇宙与整个宇宙之间的区别。第一个是我们能看到的,另一个是一切。这并不难理解。站在地球上最高的建筑 (迪拜的哈利法塔) 的屋顶上,可以看到大约100公里的各个方向。然而,地球的表面比这要大得多,而且地球的曲率使我们不可能看到所有的东西。

图片

对于宇宙而言,这个限制因素是不同的:它是光速。如果我们的宇宙是静止不变的 (这不是真的),我们能看到的最远的东西是140亿光年之外。这是因为,如果一个物体在宇宙开始的那一刻发射出光,那么这些光现在就会到达地球。从150亿光年之外的天体发出的光要再过10亿年才能到达地球,所以我们还看不到它。

在我们假设的静态宇宙中,可见的宇宙是一个球体,环绕着地球,半径为140亿光年。整个宇宙可能比这还要大,但我们没有办法知道,因为来自更遥远地方的光还没有到达。

我们实际的宇宙

然而宇宙不是静止的,这就使事情变得复杂了。宇宙始于大爆炸,而那次“爆炸”导致了宇宙的持续膨胀。在膨胀的过程中,光必须与膨胀作斗争,这就需要更长的时间才能到达你。

为了理解这一点,假设一个孩子站在离你10米远的地方,以每秒2米的速度向你滚动一个球。五秒钟后球就会到达你那里。现在,假设我们有同样的情况,你站在坚实的地面上,但孩子站在机场的移动走道上。假设走道以1米每秒的速度远离你。因为这个走道的运动,球不会花五秒钟就到达你的身边,它需要10秒钟。

图片

于是,事情变得更复杂了。当他们滚球的时候,孩子离你有10米远,由于走道的运动,当球到达你的时候,孩子会离你20米远。

同样的事情也发生在大爆炸产生的可见光上。这束光经过140亿年才到达现在的地球。就像在移动的走道上的孩子一样,发出最早光的物体的当前位置并不是140亿光年之外,它们现在距离我们460亿光年。我们看到的光来自它被发射的地方,而不是发射源现在的位置。

这样,天文学家就可以有把握地说,可见的宇宙——也就是我们能看到的最古老的物体所处的围绕地球的球体——的直径是920亿光年 (也就是说,从1一边到另一边)。

那么,宇宙到底有多大?

但这仅仅是可见的宇宙。那整个宇宙呢?我们怎么能知道那些我们甚至还没见过的遥远的地方呢?这就是事情变得有趣的地方。

这可能令人惊讶,但天文学家并不是100%确定他们知道空间的几何形状。它可以是平的,也可以是弯曲的。虽然空间是三维的,但我们可以用二维的类比来理解这意味着什么。

图片

在二维空间中,“平”的意思是平坦的,就像桌子的表面一样。然而,二维曲面可以是弯曲的,就像曲面一样。它可以像球体的表面,也可以像马鞍的表面。如果它像地球表面一样弯曲,这意味着如果你有一艘超快的飞船,并且飞行了足够长的时间,你可能会回到你出发的地方,就像一架沿着地球赤道飞行的飞机一样。

天文学家研究了这些数据,并确定空间是平坦的,或接近平坦。然而,这种确定是一种测量,而测量具有不确定度。宇宙有一个非常微小的曲率仍然是可能的。但如果它是弯曲的,那么相当于“宇宙赤道”的部分至少比可见宇宙大500倍,或者可能比这更大。

图片

所以,尽管天文学家不知道整个宇宙的大小,但他们知道,它至少是我们所能看到的宇宙的500倍 (这个数字代表一个人回到出发地点所需的距离)。同样的道理,一个立方体的体积是两边的距离,整个宇宙的体积至少是可见宇宙的1.25亿倍。

底线是可见的宇宙是不可思议的大,而整个宇宙是真正巨大的——事实上,整个宇宙可以无限大。

    本站是提供个人知识管理的网络存储空间,所有内容均由用户发布,不代表本站观点。请注意甄别内容中的联系方式、诱导购买等信息,谨防诈骗。如发现有害或侵权内容,请点击一键举报。
    转藏 分享 献花(0

    0条评论

    发表

    请遵守用户 评论公约

    类似文章 更多