天文科普:宇宙的大小怎麽理解,它到底有多大?
來源:時空通訊
發布時間:2020-08-17
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宇宙有多大?

這是一個(ge) 可以很簡單回答,也很複雜的話題。簡單回答,根據目前科學界廣泛共識,認為(wei) 宇宙的年齡約138.2億(yi) 歲,可觀測宇宙半徑約465億(yi) 光年。

宇宙就這麽(me) 大。

但我們(men) 老聽說可觀測宇宙,那麽(me) 不可觀測宇宙還有嗎?

有,當然有。

一般認為(wei) ,這個(ge) 不可觀測宇宙是宇宙有兩(liang) 個(ge) 視界,一個(ge) 是過去視界,一個(ge) 是未來視界。

過去視界是指宇宙大爆炸初期的,電磁波不透明時代。那時的宇宙處於(yu) 高溫高密狀態,對電磁波不透明,導致這一部分宇宙我們(men) 無法觀測到,這個(ge) 宇宙到底有多大,我們(men) 不知道。

這個(ge) 宇宙不透明時間約38萬(wan) 年。宇宙大爆炸後38萬(wan) 年,宇宙的密度和溫度才達到了中性原子形成的條件,這個(ge) 時候宇宙開始變得透明。

開始這種透明還隻是給微波開了一個(ge) 口子,在後來的十餘(yu) 萬(wan) 年中,可見光才衝(chong) 破氫原子和電離阻隔,漸漸脫耦而出。

所以人類觀測到的世界就到此為(wei) 止,現在觀測到最早的宇宙就是微波背景輻射。

宇宙大爆炸38萬(wan) 年內(nei) ,經曆了膨脹和暴漲,當時的膨脹速度和暴脹速度有一個(ge) 估計,但並不一定準確,所以不知道這個(ge) 過去視界有多大。

未來視界是距離我們(men) 最遠的宇宙高速離我們(men) 而去的部分。宇宙整體(ti) 疊加以高於(yu) 光速3倍多的速度膨脹,也就是距離我們(men) 很遠的星係之光將永遠到達不了人類的視野,因此這部分宇宙人類永遠也觀測不到。

這個(ge) 未來視界有多大,人類也無法知道。

所以,人類要知道包括過去視界和未來視界的宇宙到底有多大,目前的理論還不具備這個(ge) 條件。

引力波被證實,為(wei) 了解過去視界帶來一線曙光。有一種理論認為(wei) ,現在引力波已被證實存在,為(wei) 將來了解過去視界提供了一個(ge) 重要的觀測條件。

因為(wei) 雖然宇宙大爆炸初期環境對電磁波不透明,但引力波是封鎖不住的,到時候引力波會(hui) 給我們(men) 透露大爆炸那黑暗的一段時期的秘密。

我們(men) 拭目以待。

但即便有引力波探測,也無法對未來視界進行了解。

這是因為(wei) 光速是最快的,引力波也是光速,既然光都無法傳(chuan) 遞過來,並不是由於(yu) 不透明,而是由於(yu) 速度悖論,因此引力波也傳(chuan) 不過來。

除非今後有新的理論突破,否則,人類永遠都不知道未來視界是個(ge) 什麽(me) 樣子。

現在我們(men) 來說下對宇宙大小的理解。在很多宇宙模型中,尤其是微博背景輻射模型,宇宙看起來就像一個(ge) 雞蛋。

但我們(men) 千萬(wan) 不要把宇宙真的比喻為(wei) 一個(ge) 雞蛋,以為(wei) 宇宙這個(ge) 雞蛋也有一個(ge) 蛋殼,那個(ge) 蛋殼就是宇宙的邊界,突破了那個(ge) 殼,我們(men) 就可以出了宇宙了。

有人認為(wei) ,我們(men) 現在隻是由於(yu) 速度限製,在光速麵前,我們(men) 現在每秒百十千米的宇航速度還不如蝸牛爬行,因此465億(yi) 光年半徑的可觀測宇宙,我們(men) 世世代代永永遠遠也無法爬出。

隻要突破光速限製,比如實現了曲速跨越、蟲洞穿越,就有可能突破宇宙的蛋殼。

這是一種錯誤的認知。

實際上我們(men) 宇宙的“蛋殼”是引力場。根據愛因斯坦引力場論,我們(men) 宇宙實際上是一個(ge) 巨大曲率中的“蛋”,這個(ge) 蛋不是靠蛋殼來劃定邊界的,而是曲率,通俗點說就是引力場。

我們(men) 可以想象,宇宙從(cong) 一個(ge) 奇點大爆炸產(chan) 生,但這個(ge) 奇點並沒有炸碎了,而是像氣球一樣的膨脹起來了,事實上,我們(men) 宇宙就是奇點的脹大。

我們(men) 都還在這個(ge) 奇點上,因此就像我們(men) 在地球表麵,受到地球引力約束,我們(men) 怎麽(me) 走,也走不出地球的邊界。

如果足夠快的速度足夠長的時間,最終隻能夠走回原點。而我們(men) 的感受是並沒有轉圈子,而是走直線,一直朝前走,就走回了原點,走得路線越直,回來得越快。

宇宙當然不是地球,宇宙的引力場是看不到實體(ti) 的,是時空的扭曲,連光線也是順著這個(ge) 曲率前進的。

而且宇宙之外不像地球之外,還有時空和物質存在,宇宙之外是沒有時空物質的,宇宙就是在這一片虛空中卷縮著,並膨脹著。

你將一縷筆直的光線向前方射出,假定它不衰減和受阻一直傳(chuan) 遞下去,如果宇宙是一個(ge) 半徑465億(yi) 光年的正球體(ti) ,那麽(me) 這縷光線在未來2921億(yi) 年後就會(hui) 射到你的背上。

有人說宇宙是無邊無際,實際上我們(men) 可以理解為(wei) 宇宙有際無邊。理論上有一個(ge) 際,但實際上我們(men) 感受和看不到這個(ge) 邊在哪。

宇宙就是這麽(me) 大,就是這麽(me) 一個(ge) 樣子。不過關(guan) 於(yu) 宇宙形狀的理論,現在還有很多,都隻限於(yu) 數理建模的邏輯猜想,尚無定論。

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