宇宙到底有多大?是一個想破腦袋也想不明白的問題。根據(jù)目前最流行的理論,宇宙誕生于一次奇點大爆炸,至今已有138億年的歷史。
你或許會感到奇怪,宇宙有年齡,怎么可能是無限的?宇宙中最快的莫過于光速,光朝一個方向飛,總能飛到邊吧?
如果把地球比作茫茫大海上的一條船,科學(xué)家把天文望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)向各個方向,能看到的最遠(yuǎn)范圍相當(dāng)于一個巨大的球體,這個球體被稱為“可觀測宇宙”。
可觀測宇宙有多大?你可能不假思索地說,光速乘以宇宙年齡,直徑就是276億光年唄。這個答案貌似正確,但沒有考慮到宇宙自大爆炸發(fā)生以來,無時無刻不在膨脹之中,在最早期的暴脹階段,宇宙膨脹的速度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過光速。
更關(guān)鍵的是,宇宙膨脹是各向均勻同性的,即無論你在宇宙中的哪個地方,都會看到周圍的一切以相同的速度離你遠(yuǎn)去——好比一只螞蟻趴在膨脹的氣球表面,把它換到氣球其它地方,看到的景象沒有任何區(qū)別。
可觀測宇宙究竟膨脹了多少呢?假設(shè)大爆炸發(fā)生時,有人站在138億光年之外舉起手槍向你射出一顆“光速”子彈,那么到今天他已經(jīng)和你相距460億光年了!那顆子彈永遠(yuǎn)都無法靠近你,反而離你越來越遠(yuǎn)。也就是說,可觀測宇宙的直徑大約為920億光年!
據(jù)估計,可觀測宇宙內(nèi)有兩萬億個星系,就算人類現(xiàn)在掌握光速旅行的絕技,由于時空本身在膨脹,我們能夠到達(dá)的最遠(yuǎn)距離也只有145億光年??茖W(xué)家通常所說的宇宙指的就是可觀測宇宙,超出這個范圍之外的部分,我們根本無從知曉。
真正的宇宙到底是有限還是無限的?假設(shè)宇宙是有限的,我們向某個方向一直走,總有一天能回到起點;朝一個方向使勁看,也許能看到你自己的后腦勺!對于大的沒邊的東西,要估量它的大小,首先得知道形狀。對于宇宙的形狀,科學(xué)家提出三種假設(shè):有限的封閉球體;無限的馬鞍形;沒有任何形狀,無限平坦。
如果我們生活在一個彎曲的有限空間(大球)內(nèi),就會看到遠(yuǎn)處的光線互相靠攏;如果我們生活在一個反向彎曲的無限空間(馬鞍)內(nèi),就會發(fā)現(xiàn)光線彼此發(fā)散遠(yuǎn)離,而天文觀測顯示,即使極遠(yuǎn)處的光線也不受任何干擾,沿著自己的初始方向無限延伸——也就是說,我們所在的宇宙很可能是無限平坦的。
當(dāng)然,這并不意味著宇宙空間曲率絕對為零。NASA威爾金森各向異性探測器的測量結(jié)果顯示,宇宙空間的曲率小于0.4%。如果我們由此斷言宇宙是有限的,那么它的范圍之大將超乎你的想象——半徑至少是可觀測宇宙的250倍,體積是可觀測宇宙的1500萬倍,直徑11萬億光年!
實際上,宇宙有多大是個科學(xué)家也不敢再想下去的問題。宇宙大爆炸是否只發(fā)生了一次?奇點是不是誕生于一片虛無?是否有無限多個宇宙在不斷碰撞中重生和湮滅?也許這個問題完全超出了人類的認(rèn)知,對于我們來說,宇宙是有限還是無限都沒有任何區(qū)別。
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