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宇宙到底有多大?到底大到什么样的一个程度?

发布时间:2022-08-18 00:13:02

在人类生存的空间世界里,有一个问题绝对无法绕过去,就是这个宇宙究竟有多大?到底有没有边界?人类还有没有可能探知宇宙的大小?能看到最远的那颗天体吗?

相信任何一个人都无法回答这些问题,即使你问天文学家,他也会告诉你不知道。

因为目前为止,没有任何一个观测数据,能帮我们识别出哪个位置是宇宙的边界,也没有任何一个模型可以模拟出宇宙的大小。

不仅如此,根据天文学家的观点,我们的宇宙不仅现在无法推测边界在哪里,即使在将来,人类也无法探知宇宙的大小。

也就是说关于宇宙大小的问题,我们永远都无法找到答案,这主要有两个方面的要原因:一是宇宙真的很大,二是我们的观测有限,这种有限不是暂时的,而是永远的!

1、宇宙真的很大相信很多读者都知道哈勃空间望远镜,这是一个在距离地面640公里的轨道上,环绕地球飞行的天文望远镜。

哈勃望远镜因为在地球大气层之上,所以拍摄影像不受大气湍流的扰动,视相度绝佳,而且没有大气散射造成的背景光,这是目前为止最重要的天文仪器之一。用哈勃望远镜观测到的太空,影像是非常清晰的。

哈勃天文望远镜

当我们观测太空时,越暗的地方表示此方向的星球距离我们越远,我们无法观测到。但也有可能是此方向没有星球,是宇宙的边界。

2003年,为了求证太空最暗的区域究竟有没有星球,哈勃望远镜曾经朝着最暗的区域持续曝光了113天,拍下了意想不到的画面。

在非常小的区域内,相当于100米外一个乒乓球那么小的区域,一共拍下了上万个星系!没错,是星系而不是星球!

下面这张图片上的每一个亮点,都是像银河系一样的星系。

哈勃望远镜拍下的超深空场照片

我们目前能够看到的最远的天体,大概距离我们300亿光年的地方。但是要明白,这个300亿光年是宇宙的下限,这对我们探知宇宙的上限是没有太大意义的。

而真正让我们意识到宇宙很大是因为另外一件事情,就是无论我们朝着宇宙的哪个方向看去,物质的总量都差不多,没有哪个方位有明显的区别。天文学里将这种情况定义为“各向同性”,也就是各个方向都相同的意思。

从地球上看太空,四面八方都相同意味着什么?难道意味着地球是宇宙的中心?这种地心说显然是不正确的,我们知道地球不是太阳系的中心,更不可能是宇宙的中心。

只能有一种解释,那就是宇宙很大很大,大到连我们在宇宙的哪个方位都无法探知,大到即使我们在宇宙的某个角落,看四面八方都是一样的,我们无法观测到边界。

下面再来看看第二个问题,我们的观测能力多么有限:

2、我们观测太空的能力有限相信很多人会对上文中的300亿光年提出质疑,因为我们观测到的宇宙范围是461亿光年。

前面提到的300亿光年,是能够观测到的天体距离,但是我们接受到的宇宙爆炸的余晖,是在461亿光年的距离,这是宇宙诞生后第一次释放出来的光,也就是宇宙微波背景辐射。

这是我们能够看到的最遥远的光。这不是我们的能力不行,也不是望远镜不够发达,而是更远的光还没有传到地球。

所以说,461亿光年,既是我们实际看到的最远的地方,也是理论上我们能够看到的最远的地方,这已经是我们看到的极限了。

其实在这个461亿光年的基础上,我们还可以再增加4亿光年,因为有些光在传播过程中,是会散射和被吸收的,这部分光我们是观测不到的。

但是除了光,我们还可以探测引力波,虽然我们现在没有能力探测宇宙爆炸的头38万年时的引力波,但理论上是可行的。

所以在461亿光年的基础上,还可以增加4亿光年,也就是说465亿光年是人类的观测极限了。

既然更远的光还没有传到地球,那是不是说随着时间的推移和宇宙的变化,总有一天我们是可以探知宇宙的大小呢?

3、那么有没有一种方法来推算宇宙的大小呢?我们知道宇宙是不断变化的,而最大的变化就是宇宙在不断膨胀。宇宙的膨胀为我们推算宇宙大小提供了一种可能,我们从宇宙微波背景辐射着手。

微波背景辐射是宇宙诞生38万年的时候发出的,当时的宇宙已经膨胀到了一定程度,而且还在继续膨胀。

当我们接受到宇宙微波背景辐射的时候,当初发出光的地方,已经距离地球461亿光年了,这并不是说光是从461亿光年的位置发出的。

实际上,宇宙在膨胀最初发出光的位置距离我们要近得多,只是宇宙膨胀将距离拉远了。这里大家要明白一点,宇宙膨胀的速度远比你想像的要快,甚至是超过光速的。

我们假设在宇宙微波背景上取一个点,就叫它A点吧,我们再假设时间回到宇宙诞生之初,它刚从光源发出的那一刻。那个时候的A点距离地球只有4200万光年,当时地球并不存在,我们只是假设地球的位置。

当A点的光发出之后,地球与A点之间有两个运动关系:一个是由于宇宙膨胀,地球与A点的距离越来越远,两者是朝着不同方向飞奔而去的。另一个是A点发出的光,是追着地球跑的,光与地球的方向是一致的。

当A点发出的光追上地球,被人类观测到的时候,A点已经跑到距离地球461亿光年的位置了。

这说明什么?这说明随着时间越久,光能够到达的距离就越远,人类可以观测的宇宙范围就越大,而且越来越大。目前可观测的宇宙半径,至少有461亿光年这么大了。

既然可观测的宇宙范围会越来越大,那是不是意味着将来的某一天,只要时间够久,我们就能观测到宇宙的边界呢?

很可惜,答案还是不能!因为这里面有一个概念叫做“退行速度”,因为它的存在,人类不可能观测到宇宙边界。

4、由于退行速度的存在,人类不可能观测到宇宙边界我们可以将“退行速度”理解为朝着远离地球方向的运动速度,比如某星球的光线朝着地球的方向发射叫“进行”,而远离地球的光叫“退行”。

这里必须强调一点,退行速度不是说天体的运行速度,而是宇宙的空间变化速度,是允许超过光速的。退行速度不仅和宇宙膨胀速率有关,也和距离有关。在同样的宇宙膨胀速率的情况下,距离地球越远的地方,退行速度就越快。

如果一个星球距离我们非常远,远到了退行速度超过光速,那么它传递的任何信息,无论过多久都不会传到地球上。

天文学家将这个退行速度超过光速的边界,命名为“表观视界”,这就是人类未来最远可以观测到宇宙边界。根据天文学家的计算,当距离超过620亿光年时,退行速度会超过光速。

也就是说,如果宇宙继续按照我们预期的样子膨胀的话,620亿光年就是我们能够看到的最远的极限,不论是现在还是未来。

如果真实的宇宙大于这个范围,那我们将会永远都无法知道宇宙的大小。

记住这个数字:620亿光年!

对于宇宙到底有多大?到底大到什么样的一个程度呢之话题,我个人的观点认为,人类是通过视觉的方式去认识自然界的情况,人类眼睛可视觉的范围是有限性的,而有限性的视觉来观察无限性而客观存在的自然界,当然会带来对自然界无限延伸之认识的必然现象,而客观存在无限大的自然界,人类才用一个代词来描绘,那就是“宇宙”一代词的概念。

其实,人类的宇宙概念并非是一个具体的事物,而是人类对无限自然界认识的一个无限自然空间的概念,包括了自然界客观存在所有一切的一切。目前,人类对自然界(宇宙)的认识,已形成了基本的认知概念:宇宙是一个无限自然空间的天体,也是一个无边无际、无穷无尽、无限物质和无限空间之客观存在的自然天体,是由数之不尽的恒星及其恒星系所构成,数之不尽的恒星系,都是一个个独立性的物质周期循环运动的实体,能实现恒星及其恒星系周期性的循环再生与轮回,犹如是组成宇宙的无限“细胞”,共同来占领宇宙无限的自然空间,共同来支撑着宇宙无限空间的恒存。

从以上宇宙基本概念的情况来看,宇宙是客观存在的自然界,是一种无限延伸之无限自然空间的表现,并非是一个具体的事物,只有存在于宇宙之中的具体事物,才会有大少的问题。因而,宇宙概念不会存在着有多大或大到什么样程度之问题的情况。

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