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已知宇宙有多大啊?
可观测的宇宙有多大,这是一般不熟悉广义相对论宇宙学的人经常喜欢问的问题,也是难以用普通常识可以解答的问题。不少人以为,以宇宙年龄(约138亿年)乘以光速得出“宇宙半径”为138亿光年,宇宙直径就是276亿光年,这是完全不对的。广义相对论宇宙学的基本前提是宇宙学原理:宇宙在空间上(大尺度范围)是均匀和各向同性的,宇宙没有特殊的中心,这是被观测事实证明了的。宇宙开始的“大爆炸”不是书刊图示那样如同日常所见的从炸弹爆炸点向绝对空间四面八方飞出碎屑,而是相对论空间多处都同样膨胀。所谓“宇宙半径”,更确切地说是“尺度因子”,观测证明它是随时间而变大的。比如说,在大爆炸后某时刻同时形成的两颗星距离是1光年,那么,随着宇宙膨胀,在随后的时间,它们的距离就越来越大。好比气球表面的两个画点,随着气球的不断膨胀,它们的距离就越来越大。
观测到最远天体的距离问题
我们都有这样的体验,随着汽车的远去,汽车尾灯看起来越来越暗,到很远就看不清了。与此类似,同样的天体,离我们近的看上去很亮,离我们远的就暗得多,更远的就看不见了。人们研制了威力越来越强的望远镜,观测到更远的发光天体,不断更新纪录,从而认识到的宇宙范围越来越大,新的发现纷至沓来,美妙有趣的宇宙令人惊叹。
怎么测定遥远天体的距离呢?科学家从观测事实和理论研究,发现一些很有效的方法。一种是所谓“标准烛光法”。例如,同类超新星都有相似的发光光度,而作为“标准烛光”,根据观测的亮度与距离平方成反比的规律,加上合理地改正星际物质减光等,就可以得到其距离。例如,在NGC 1260 星系观测到超新星SN2006GY 的距离为2.68 亿光年,在NGC 2770 星系观测到SN 2008D 的距离为8 800 万光年,M101 星系的SN2011fe的距离为2 100万光年。
另一种重要方法是利用哈勃定律,由红移量测定距离。例如,2006 年,观测到红移量为6.96 的星系,根据红移和宇宙模型,可算得该星系现在距离我们约288 亿光年;2008 年,观测到红移量为6.7 的伽马射线暴,现在距离我们280多亿光年;2009年,观测到红移量为8.2的伽马射线暴GRB 090423,现在距离我们290多亿光年。很多人会问,比如说,最后那个伽马射线暴的光是经过290 多亿年才到达地球吗?这个时间都超过宇宙年龄了,不合理呀!其实,我们观测遥远天体所见到的是它很久前的过去情况,按照相对论宇宙学模型计算,该伽马射线暴发生于大爆炸之后的6.3亿年,发出的光传播到地球用的时间是131亿年,那时它距离地球(还未形成)很近,而现在经过130多亿年的宇宙膨胀而远离到距离我们290多亿光年了。同样,依据相对论宇宙模型,观测到的这些遥远天体的光都是大爆炸后不太久时发出来的,传播到我们的时间都是小于宇宙年龄的,它们都随着宇宙膨胀而现在距离我们200多亿光年了。按照现代宇宙学模型,红移量越大的天体越是接近宇宙早期产生的,相应于宇宙年龄138亿年,最远天体的距离就近于极限450多亿光年,考虑相反方向的极远天体,也可以不恰当地说,现在的宇宙最大尺度为900 多亿光年。随着宇宙的空间继续膨胀,宇宙最大尺度也会变大。
关于我们的宇宙之外
按照相对论,我们的宇宙是有界无边、无中心的,三维空间和一维时间与物质和能量密切联系在一起。按照我们习惯的思维,这是很难理解的。可用二维的有界无边球面作比喻。随着宇宙的空间膨胀,球面变大了,代表天体的球面各地之间的距离就远了。而且,观测事实也是相当有局限的。虽然思维尽可以开放一些,但观测事实总是认识的依据与检验。现在已知,光速是信息的最快传递速度,我们还无法观测到我们的宇宙之外,也不确切地知道大爆炸之前怎样。现在有些人认为,我们的宇宙之外还有很多其他宇宙,虽然现在与我们的宇宙没有信息联系,我们观测不到它们,但这些宇宙都好比泡泡,当它们演化过程中接触到我们的宇宙泡,就会改变演化进程。当然,见仁见智,究竟如何,还有待科学家们进一步观测研究和不断探索。
人类已知的宇宙有多大
根据目前的科学研究与观测表明,宇宙的直径是930亿光年(光年是距离单位是光走一年的距离)宇宙指的就是各种天体以及弥漫物质的总称,在现如今的天文研究当中表明,宇宙还存在于一个不断运动与发展的阶段。
已知宇宙有多大?
星球上没有人知道宇宙究竟有多大。它或许是无限的,也或许它确实拥有某种边界,也就是说如果你旅行的时间足够长,你最终将回到你出发的地方,就像在地球上那样,类似在一个球体的表面旅行。科学家们对于宇宙具体的形状和大小数据存在分歧,但是至少对于一点他们可以进行非常精确的计算,那就是我们可以看得多远。真空中的光速是一个定值,那么由于宇宙自诞生以来大约为137亿年,这是否就意味着我们最远只能看到137亿光年远的地方呢?答案是错误的。有关这个宇宙的最奇特性质之一便是:它是不断膨胀的。
并且这种膨胀几乎可以以任何速度进行——甚至超过光速。这就意味着我们所能观测到的最远的天体事实上远比它们实际来的近。随着时间流逝,由于宇宙的整体膨胀,所有的星系将离我们越来越远,直到最终留给我们一个一片空寂的空间。奇异的是,这样的结果是我们的观测能力事实上被“强化”了,事实上我们所能观察到最遥远的星系距离我们的距离达到了460亿光年。我们并非居于宇宙的中心,但是我们确实居于可观测宇宙的中心,这是一个直径约为930亿光年的球体。
2充斥着星系
这张照片是美国宇航局哈勃空间望远镜获得的最深邃的影像之一。科学家们让哈勃望远镜对准天空中的一小块区域进行长时间的曝光——长达数月,尽可能地捕获每一个暗弱的光点。文中上图是局部的放大,完整的图像是下面这幅图,其中包含有1万个星系,从局部放大图中,你可以看到一些星系的细节。当你看着这些遥远的星系,你可能没有意识到自己正在遥望遥远的过去,你所看到的这些星系都是它们在130亿年前的样子,那几乎是时间的尽头。

如果你更喜欢空间的描述,那么这些星系离开我们的距离是300亿光年。宇宙处于不断的膨胀之中,但与此同时科学家们对于宇宙尺度的测量精度也在不断提高。他们很快找到了一种绝佳的描述宇宙中遥远天体距离的方法。由于宇宙在膨胀,在宇宙中传播的光线的波长将被拉伸,就像橡皮筋被拉长一样。
光是一种电磁波,对于它而言,波长变长意味着向波谱中的红光波段靠近。于是天文学家们使用“红移”一词来描述天体的距离,简单的说,就是描述光束从天体发出之后在空间中经历了多大程度的膨胀拉伸。一个天体的距离越远,当然它在传播的过程中光波 波长被拉伸的幅度越大,光线也就越红。如果使用这种描述方法,那么你可以说这些遥远的星系的距离大约是红移值Z
已知宇宙是什么意思?
已知宇宙是指人类已知的最大时空范围。我们今天所知道的宇宙范围,或者说大小,是一个以地球为中心,以130亿光年的距离为半径的球形空间。目前人类已经观测到的最大限度的宇宙,其中可见发光物质占4%,暗物质占23%,其余为暗能量。
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