查最真实整个宇宙到底有多大?

宇宙是否是无限的?它到底有多大呢?

众所周知,我们的宇宙正在不断地向外扩张,因为,除了一些我们的邻居星系以外,几乎在这个宇宙中的所有星系都在离我们渐渐远去,并且互相之间也是渐行渐远,不仅如此,越远的星系越会加速淡出我们的视线,这些证据无一表明:宇宙正在以逐渐增高的速率,舒展它的身体。


自从大爆炸以来,宇宙持续不停地膨胀,现更加速膨胀。从大爆炸形成的宇宙演化图解(左)。在这幅图中宇宙以二维呈现,第三维度是时间,向右是时间流动的方向。

多数观测表示,在最初的几十亿年间,宇宙膨胀的速率是比较慢的,但是大约在八十亿年前,膨胀开始加速。如果这种加速一直持续下去的话(似乎很可能是这样),我们的宇宙将永远不会放慢它扩张的脚步或是坍缩。

这和“平坦”宇宙的理念是相一致的,是目前最能被接受的理论。

然而,空间平坦的宇宙可以作为有限或是无限宇宙的特征。我们通常所说的“空间平坦”,是指该空间服从欧氏几何学:平行线永不相交,三角形内角和为180度。我们可以将宇宙想作是一个无限大的二维平面(就像一张无限大的纸),但同时,我们也可以想象着自己是上帝,拿起宇宙这张纸把它卷成一个圆柱,然后再把它头尾相连变成圆环面(像甜甜圈一样)。圆环的表面在空间上是平坦的,和纸张一样,却是有限的。然而,随着扩展,即使现阶段的宇宙拥有巨大却有限的体积,它也有可能在无限遥远的未来达到无限大的体积。


太阳系在可观测宇宙的位置。

基于各种物理局限性和我们能接受宇宙中各类事件信息的程度,宇宙学视界界定了我们的宇宙可观测的界限。其中最知名的是粒子视界,它界定了可视宇宙的精确范围(鉴于有限的宇宙年龄)。其他的宇宙学视界和未来观测范围相关(在距离上大于粒子视界,因为考量到了宇宙膨胀的因素)。

目前已观测到的宇宙大小


哈勃太空望远镜拍摄的月球背后一小块区域深空图(其中最古老星光几乎等同宇宙的年龄)

另一方面,我们能观测到的宇宙确实有一个明确的尺寸。因为宇宙诞生于138亿年前,我们只能观察到138亿以前发出光线并抵达至地球的物体。这部分宇宙被称为可观测宇宙,它是宇宙中我们唯一所了解到的部分。


艺术家对可观测宇宙的对数尺度构想,以太阳为中心,朝外是太阳系内行星和外行星,柯伊伯带,奥尔特云,南门二,猎户臂,银河系,仙女座星系,邻近星系,宇宙纤维状结构,宇宙微波辐射以及处在边缘的不可见的大爆炸等离子体。


这是对可观测宇宙大小最普遍的误解之一。尽管宇宙年龄是138亿岁,但因为宇宙膨胀,到可观测宇宙的边缘并不是138亿光年。图为位于纽约市罗斯地球与太空中心的一块牌匾。

但由于宇宙膨胀,可观测宇宙的半径并非是138亿光年,目前估计的计算将其定为大约460亿光年,这是在共同移动的坐标系下进行的估算,也从另一方面阐释了宇宙膨胀。随着宇宙慢慢变老,我们将渐渐揭开远方未知宇宙的面纱。


可观测宇宙的模拟全图,室女座超星系团位于中心位置,但因过于渺小以至于看不见。宇宙大尺度结构在三度空间视觉化的哈勃体积 (球)。在这个尺度中每一个细小的光点代表的都是超星系团。室女座超星系团-我们的星系的家-位于我们的哈勃体积的中心,但是在图中实在是太小了,因而难以看见。

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宇宙(Universe)是由空间、时间、物质和能量,所构成的统一体。是一切空间和时间的综合。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统,包括其间的所有物质、能量和事件。宇宙根据大爆炸宇宙模型推算,宇宙年龄大约138.2亿年

要是你出生海洋中间一个孤立的荒岛,而且跟外界没有任何联系,你的地理知识将是有限的。通过望远镜向四外远眺,你看到的景象会受海平面的约束。尽管你可以推测边缘之外的东西,但你会缺乏切实的证据来支持你的假设。仅局限于我们的行星以及其周围,我们面临同样的情况:我们可以看见宇宙一部分,但我们只能推测其的全部范围。我们可以通过平面几何猜测,宇宙继续无限期地向所有的方向扩张,就像一个草原延伸到我们眼睛所至的地方。(在这种情境下的平面是指一个连续的三维空间,像一个无限延伸的盒子)。然而,我们对实际的宇宙的理解受可观测的宇宙的边缘所束缚。我们肯定不清楚在我们仪器能观测的孤立地方之外存在什么东西。因此,我们可能想知道:我们可能能够直接观察到的部分宇宙究竟有多大?乍看一下,该问题答案似乎是一个简单计算。光的速度大约是每秒钟186,282英里,或每年大约5.9万亿英里。从宇宙大爆炸起流逝的时间是137.5亿年。两个数字相乘,瞧——我们发现在整个宇宙历史,光可以行驶137.5亿光年(810万亿亿英里)。不过,该答案是错误的。

宇宙有多大让我们思考光是何时产生的。从宇宙大爆炸到)大约380,000年后宇宙重组(当中性的氢原子形成时,宇宙是不能透射光线的。光子在带电微粒间反弹,它们无法走得很远。理由是带电微粒与光子相互作用——要么吸收,要么发射它们。只有重组时代后光才能穿过太空。任何估计可观测的宇宙的大小必须假定:我们能看到的光线是在太空变成透明的关键时代后才释放出来的。(我们将来某天可能探测到来自那个时代的中微子和其他粒子,把时间表往前推,扩大我们可观察的范围。)如果当光源离地球足够近时发射出光线的话,我们可能能够观察到比137.5光年更远的光源。

宇宙大爆炸是描述宇宙诞生初始条件及其后续演化的宇宙学模型,这一模型得到了当今科学研究和观测最广泛且最精确的支持。宇宙学家通常所指的大爆炸观点为:宇宙是在过去有限的时间之前,由一个密度极大且温度极高的太初状态演变而来的,并经过不断的膨胀到达今天的状态。

  暗物质和暗能量分别通过对普通物质产生的引力作用和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的存在。如果暗能量不存在,那么物质间的万有引力作用就会减慢宇宙的膨胀,但是天文观测表明我们的宇宙在做加速膨胀运动。宇宙由一切天体组成。

  那么问题来了,宇宙到底有多大呢? 接下来的图组将告诉大家自己赖以生存的地球是多么的渺小。

先第一张,和月球比地球还是蛮大的

和旁边几个比比,也算是大的

对不起,还有更大的呢,地球只剩下一像素了

然而科学家又发现了更大的……也许后面还有更更更大的

仙女座里的著名巨型旋涡星系M31(NGC 224)迄今最为清晰的图片

目前堪称最大最古老的黑洞: 美国斯坦福大学的天文学研究小组在遥远的宇宙中发现了到目前为止堪称最庞大最古老的黑洞。其质量是太阳质量的100多亿倍,这意味着这个被称为Q的黑洞能够在自己的引力场中吸纳上千个太阳系,其质量也相当于银河系内所有恒星的质量之和。   

这个巨型黑洞位于大熊座星系中央,与地球的距离约为127亿光年。据来自斯坦福大学的罗格-鲁曼尼表示,科学家们初步确定这个黑洞的年龄约为127亿岁,也就是说,它在“大爆炸”之后10亿年内就已经形成了。 众所周知,黑洞是看不见的,因此科学家们只能依靠它发出的辐射和对相邻恒星的万有引力作用来判定它的存在。一般来讲,天文学家们将黑洞分为两类:星状黑洞和超大质量星状黑洞。星状黑洞由质量相当于几个太阳的恒星坍缩形成,而超大质量星状黑洞的质量则可达十亿个太阳质量。   罗格-鲁曼尼认为,研究这类奇异的天体有助于更好地研究宇宙的构成。它不断吞噬宇宙物质来壮大自己

宇宙中还有更多的由无数星星组成的云状组合天体…… 那么,地球在宇宙中到底有多么渺小呢。现在我们把视野缩小10倍,宇宙看起来还是空空如也,“星”光点点。可是,那些点点斑斑的真的是星么?

一百万光年 近些,再近些。我靠!什么呀,这么面熟?这就是你所说的“星星”么?是星星,一堆星星。我们管它叫银河系

十万光年: 在10万光年这样的数量级下,我们就看见了整个的银河系。事实上,银河系的直径就是十万光年。真有哪位能发明个跟光速一边快的飞船,从银河系的这边飞到对面来个大吊角,就要十万年的时间!我靠,在这样漫长的旅程来看,人生不过朝生暮死,蜉蝣一般。但这只是对相对于银河系静止的观测者而言,船上的人员感受到的旅程其实只有数分钟。相对论呀,深了去了。

一千光年:我们的太阳系位于银河系螺旋翼内侧的边缘,距离银河系中心大约2.5万光年。于是,我们把视野收回到1千光年的数量级,聚焦在银河系若干触角般螺旋翼中的一条上面 一千光年 密密麻麻啊

一百光年: 还是密密麻麻的

一光年: 等等,这个是什么?

一万亿公里: 再走近十倍依然雾气昭昭的一团,到底是什么嘛

一千亿公里:看出来了,是太阳系,翻山越岭的,不容易啊

一百亿公里: 放大十倍来观察以繁星为背景的太阳系。说是繁星,其实与太阳最近的恒星--半人马座比邻星都是在4.22光年开外的。图中的亮点仅仅只是背景上离得八丈远的星星呢,并不是太阳系的一部分。

十亿公里:数数看,下图里被蓝框子圈上的是谁的轨道

一亿公里: 一亿公里的时候,地球在那里?

怎么会这么巧涅?从10亿光年一路看下来正对着的竟是美国。用一万公里的视野看地球,这是神的视角。Google Earth 也能有这种效果,起始时对着的也是美国^_^ (不用奇怪了,这套图片本身就是老美拍的!

1000公里: 这是北美五大湖区中的密歇根湖,框住的城市就是芝加哥

100公里: 芝加哥鸟瞰。由此开始了我们人类所能够理解的数量级,开始了我们熟悉的世界

10公里: 密密麻麻,(为什么又要说密密麻麻?)

100米:看!草看!草地上这是什么地上这是什么

10米 :原来是一傻哥们睡得正香....

1米: 醒醒嘿,都被偷窥啦还不知道呐

0.1米: 一米的十分之一,我们手所能把握的尺度。相信人类所接触的大部分物体都是在这样一个数量级的。看看你的周围,键盘、鼠标、手机、杯子、碗...... 仔细一看这哥们手上的毛还挺重的,纯爷们!

1厘米 这是手上的皱纹细部。兴许你放大了还没他细皮嫩肉呢。

做好准备,我们即将进入另一个陌生的领域--微观世界

1毫米:手上的毛孔,就是没有毛,毛呢?

100微米: 依稀可见皮肤的组织结构

10微米: 一个细胞的数量级就是10微米,当然这只是一般来说。插句嘴,世界上最大的细胞是鸵鸟蛋,它是一个单独的卵细胞,数量级是分米级的,厉害吧

0.1微米: 一看这么高度螺旋的结构就知道是染色体了。底下的洋文说:但凡人类的细胞,里面都会有23对染色体

100埃: 埃是一种长度单位,指10的-8次方米。看到这个规则的等距双螺旋结构,我想你一定知道这种物质就叫做脱氧核糖核酸,也就是常说的DNA。分子结构清晰可见

1纳米: 现在为材料科学炒得火热的纳米技术就是说很多物质精细到纳米级后将表现出很多在常规数量级上所表现不出的性质来。在纳米这样的数量级下,我们连原子都可以数清了

1埃: 原子是由原子核和电子组成的。这个是密布的电子云,我们能看到原子核外的电子云比较浓。

10皮米 :原子核外围的浓密电子云。仿佛又回到了浩瀚无边的宇宙。这样来看每个原子都像是个小宇宙,我们的世界就这样的周而复始着,不寒而栗...

1.你还以眼见为实吗?

2.你相信有外星生命存在吗?

3.你认为有适宜智慧生命生存的其他星球吗?

4.你觉得我们所学过的现代科学真的很可靠吗?

5.你现在认为生活的目标和生命的意义是什么?

6.你还为物质的聚散而空生悲喜吗?

7.你还执著于微不足道的自我吗?

8.你如何定义生与死呢?

不管你的答案是什么,你都不得不承认一点:无论我们赖以生存的地球,乃至我们的银河系,

放到整个宇宙的时间和空间的尺度中,真的还不如一粒微尘;

我们对于这个我们生活的“地球小世界”的看法、

我们对于在这个“地球小世界”上面发展了几千年,并被我们奉为经典的现代科学的看法、

我们对于生活在这个“地球小世界”上几十年的自己,每天生活中的喜怒哀乐、生生死死的看法,

是不是也需要重新思考定位一下呢?!

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