宇宙有多大?
這是一個(gè)可以很簡(jiǎn)單回答,也很復(fù)雜的話題。簡(jiǎn)單回答,根據(jù)目前科學(xué)界廣泛共識(shí),認(rèn)為宇宙的年齡約138.2億歲,可觀測(cè)宇宙半徑約465億光年。
宇宙就這么大。
但我們老聽說可觀測(cè)宇宙,那么不可觀測(cè)宇宙還有嗎?
有,當(dāng)然有。
一般認(rèn)為,這個(gè)不可觀測(cè)宇宙是宇宙有兩個(gè)視界,一個(gè)是過去視界,一個(gè)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(shí)代。那時(shí)的宇宙處于高溫高密狀態(tài),對(duì)電磁波不透明,導(dǎo)致這一部分宇宙我們無法觀測(cè)到,這個(gè)宇宙到底有多大,我們不知道。
這個(gè)宇宙不透明時(shí)間約38萬年。宇宙大爆炸后38萬年,宇宙的密度和溫度才達(dá)到了中性原子形成的條件,這個(gè)時(shí)候宇宙開始變得透明。
開始這種透明還只是給微波開了一個(gè)口子,在后來的十余萬年中,可見光才沖破氫原子和電離阻隔,漸漸脫耦而出。
所以人類觀測(cè)到的世界就到此為止,現(xiàn)在觀測(cè)到最早的宇宙就是微波背景輻射。
宇宙大爆炸38萬年內(nèi),經(jīng)歷了膨脹和暴漲,當(dāng)時(shí)的膨脹速度和暴脹速度有一個(gè)估計(jì),但并不一定準(zhǔn)確,所以不知道這個(gè)過去視界有多大。
未來視界是距離我們最遠(yuǎn)的宇宙高速離我們而去的部分。宇宙整體疊加以高于光速3倍多的速度膨脹,也就是距離我們很遠(yuǎn)的星系之光將永遠(yuǎn)到達(dá)不了人類的視野,因此這部分宇宙人類永遠(yuǎn)也觀測(cè)不到。
這個(gè)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(gè)條件。
引力波被證實(shí),為了解過去視界帶來一線曙光。有一種理論認(rèn)為,現(xiàn)在引力波已被證實(shí)存在,為將來了解過去視界提供了一個(gè)重要的觀測(cè)條件。
因?yàn)殡m然宇宙大爆炸初期環(huán)境對(duì)電磁波不透明,但引力波是封鎖不住的,到時(shí)候引力波會(huì)給我們透露大爆炸那黑暗的一段時(shí)期的秘密。
我們拭目以待。
但即便有引力波探測(cè),也無法對(duì)未來視界進(jìn)行了解。
這是因?yàn)楣馑偈亲羁斓模Σㄒ彩枪馑?,既然光都無法傳遞過來,并不是由于不透明,而是由于速度悖論,因此引力波也傳不過來。
除非今后有新的理論突破,否則,人類永遠(yuǎn)都不知道未來視界是個(gè)什么樣子。
現(xiàn)在我們來說下對(duì)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(gè)雞蛋。
但我們千萬不要把宇宙真的比喻為一個(gè)雞蛋,以為宇宙這個(gè)雞蛋也有一個(gè)蛋殼,那個(gè)蛋殼就是宇宙的邊界,突破了那個(gè)殼,我們就可以出了宇宙了。
有人認(rèn)為,我們現(xiàn)在只是由于速度限制,在光速面前,我們現(xiàn)在每秒百十千米的宇航速度還不如蝸牛爬行,因此465億光年半徑的可觀測(cè)宇宙,我們世世代代永永遠(yuǎn)遠(yuǎn)也無法爬出。
只要突破光速限制,比如實(shí)現(xiàn)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(cuò)誤的認(rèn)知。
實(shí)際上我們宇宙的“蛋殼”是引力場(chǎng)。根據(jù)愛因斯坦引力場(chǎng)論,我們宇宙實(shí)際上是一個(gè)巨大曲率中的“蛋”,這個(gè)蛋不是靠蛋殼來劃定邊界的,而是曲率,通俗點(diǎn)說就是引力場(chǎng)。
我們可以想象,宇宙從一個(gè)奇點(diǎn)大爆炸產(chǎn)生,但這個(gè)奇點(diǎn)并沒有炸碎了,而是像氣球一樣的膨脹起來了,事實(shí)上,我們宇宙就是奇點(diǎn)的脹大。
我們都還在這個(gè)奇點(diǎn)上,因此就像我們?cè)诘厍虮砻?,受到地球引力約束,我們?cè)趺醋撸沧卟怀龅厍虻倪吔纭?/p>
如果足夠快的速度足夠長(zhǎng)的時(shí)間,最終只能夠走回原點(diǎn)。而我們的感受是并沒有轉(zhuǎn)圈子,而是走直線,一直朝前走,就走回了原點(diǎn),走得路線越直,回來得越快。
宇宙當(dāng)然不是地球,宇宙的引力場(chǎng)是看不到實(shí)體的,是時(shí)空的扭曲,連光線也是順著這個(gè)曲率前進(jìn)的。
而且宇宙之外不像地球之外,還有時(shí)空和物質(zhì)存在,宇宙之外是沒有時(shí)空物質(zhì)的,宇宙就是在這一片虛空中卷縮著,并膨脹著。
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遞下去,如果宇宙是一個(gè)半徑465億光年的正球體,那么這縷光線在未來2921億年后就會(huì)射到你的背上。
有人說宇宙是無邊無際,實(shí)際上我們可以理解為宇宙有際無邊。理論上有一個(gè)際,但實(shí)際上我們感受和看不到這個(gè)邊在哪。
宇宙就是這么大,就是這么一個(gè)樣子。不過關(guān)于宇宙形狀的理論,現(xiàn)在還有很多,都只限于數(shù)理建模的邏輯猜想,尚無定論。
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