宇宙很大,但它到底有多大呢?这到底是什么奇怪的问题?

文章作者:管理一号 | 2019-11-11
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世界很大,但它到底有多大呢?这取决于世界是有限的仍是无限的。即使是“大”这个字也很难解说清楚。而且现在我们评论的是我们所看到的世界巨细仍是世界的实际巨细呢?

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

宇宙很大,但它究竟有多大呢?这究竟是什么古怪的问题?大象大么?货车呢?恐龙呢?奶酪呢?奶酪有多大?“大”是有多大?

“大”这个字也很难解释清楚。现在咱们评论的是咱们所看到的世界大小还是世界的实践大小呢?当咱们尝试假设世界是有限的或者是无限的时,这将变得愈加复杂。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

图解: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。

讨论世界大小的一个难点,在于世界一直在扩张延申。光在遥远星系间的传播需求时间,而当光在传播时,世界仍在持续扩张。因此,当我们讨论世界到底有多大时,间隔变得没有意义。由于这个原因,宇航员们一般不会在乎星系间的间隔,转而重视于红移——经过红移量z来丈量。当z越大时,红移程度越大,间隔该星系越来越远。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

图解:艺术家对可观测世界的对数尺度设想,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,附近星系,世界纤维状结构,世界微波辐射以及处在边际的不行见的大爆炸等离子体。

举个比如,假设咱们考虑一个观察到的离咱们最远的星系之一的星系,它的红移是7.5。咱们能够通过核算光线传达到咱们星系的间隔来确认实践遥远星系间隔。当红移量为7.5时,核算结果大约时130亿光年。你或许以为这意味着间隔130亿光年,但实践上130亿光年曾经宇宙更小的,因而它应该比光离开时间隔咱们更近。因而,如果你核算这个更小的间隔,它只是只有34亿光年远。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

图解: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。

现在银河系比这更远了。光线离开银河系后,银河系继续远离我们。现在距离我们大约有290亿光年。这肯定超过130亿光年,远超原来的34亿光年。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

通常,当人们讨论到宇宙的大小时,指的是这么大的距离——被称为“共移距离”。当然,到目前为止我们只能测量这么远。那么,我们能测量多元?我们能够观察到的最遥远的光来自宇宙微波背景,它具有约z = 1000的红移。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

图解:上图右侧为遥远的星系在可见光波段的光谱,与图左侧太阳的光谱比较,可以看见谱线朝红色的方向移动,即波长增加(频率降低)

这意味着宇宙背景的共移距离约为460亿光年。我们固定在这巨大球体的中心,目前可观测的宇宙直径约为920亿光年。即使知道这个观察到的距离,我们也明白实际上它远远超过了这个距离。如果我们能看到的就是所有的东西,我们会看到星系往往倾向于我们,但这是我们观察不到的。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

图解:平行宇宙的艺术概念。资料来源于:佛罗里达州州立大学

事实上,我们根本没有看到任何类型的星系聚集在一个特定的点上。因此,这意味着宇宙可以无限延伸。它可能比这更奇怪。尽管存在一些媒体争议,但如果BICEP2检测到的早期膨胀是正确的,那么宇宙可能正在经历令人生畏的 “永恒膨胀”。如果是这样的话,我们可观察到的宇宙只是海洋般无穷宇宙中的一个泡沫。这被称为...平行宇宙。

宇宙的大,是无限大还是有限大?是恒定还是不断延申?

图解:“泡沫宇宙”示意图,宇宙1到宇宙6各自有自己的物理常数,我们的“宇宙”不过是其中的一个“泡沫”而已

因此,在道格拉斯亚当斯不朽的名言中说到,“宇宙,很大”。真的很大。你无法相信它是多么广大,巨大,令人难以置信的大。我的意思是,你可能认为成为一个化学家需要很长的路,但这相对于宇宙而言,仅仅是沧海一粟。

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