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我们的宇宙到底有多大?是138亿光年吗?

“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”中国前人精确地道出了今天我们对宇宙的界说。

在17宿世纪现代科学降生的时代,人们认为时候与空间是互不相关的两样工具,牛顿认为时候和空间都是绝对的、自力的实体,他把它们称为绝对时候和绝对空间,绝对空间是物质赖以存在的实体,而时候则是活动赖以存在的实体。但到了20宿世纪初,爱因斯坦以狭义相对论把两个自力的实体同一了起来,构成一个称为时空的实体,它认为时候是相对的,空间也是相对的,唯有时空是绝对的。与此同时,它也把畴前各自自力的物质和能量同一起来,质量和能量是物质的两个属性,跟时空一样,质能也是同一的。

在颁发狭义相对论的十年后,爱因斯坦再次倾覆时空,他指出质量和能量的存在会引起时空的弯曲,牛顿所说的引力其实这是时空弯曲后的一种现象。当提出这一划时代的全新引力理论后,爱因斯坦发现似乎物质和时空也不是彼此自力的,弯曲的时空里就包含着能量,那么时空似乎不再是一个自力的实体,他是以指出,不存在一个自力的绝对的时空,时空必需与物质(质量和能量)同时存在。爱因斯坦在晚年甚至以此思疑时空存在的客不雅性。

至此我们可以认为,时空质能是一个同一的整体,而我们就称这个整体为宇宙!也就是说,宇宙包罗了所有的时候、空间、质量、能量。

那么很显然,大师畴前认为可能存在的那个无边无际、空无一物的空间可能并不存在,即使存在,也与我们的宇宙无关,所以我们就按照这个宇宙的界说来看看宇宙事实有多大?

在1919年爱丁顿经由过程日全食验证广义相对论的10年后,哈勃操纵Ia型超新星的光度确定了20多个河外星系的距离后,经由过程光谱阐发测量各星系的红移值,他发现距离越远的星系红移越大,当作正比例关系,从而得出了哈勃定律。按照哈勃定律,科学家很轻易就想到宇宙整体似乎正在膨胀。

既然此刻的宇宙在膨胀,那么假如我们沿时候回溯归去会如何?成果是显而易见的,宇宙中所有的星系城市缩回到一个很小的区域里,于是,基于宇宙膨胀的宇宙大爆炸理论很天然就被提出来了。此刻,科学家用分歧的方式测量了宇宙膨胀的速度,即哈勃常数,因为利用分歧方式测量的成果存在差别,我们一般采用普朗克卫星经由过程宇宙微波布景辐射测量到的值,约等于67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc为百万秒差距,1秒差距约等于3.261光年),按照这数值可以计较获得宇宙的春秋约为138.2亿年。

知道了宇宙春秋,我们是不是就可以知道宇宙有多大了呢?因为狭义相对论限制了宇宙中速度的极限是光速,既然宇宙只降生了138.2亿年,也就是那些宇宙大爆炸所发生的物质最远也只能跑138.2亿光年,那宇宙的半径不就是138.2亿光年?

这推论很合理,可惜它是错的。其实狭义相对论限制的是物质在时空中的活动速度不克不及超光速,但前面说过,按照哈勃定律,对远方的河外星系远离的最合理诠释是宇宙正在膨胀,而宇宙膨胀导致的星系远离并非星系在时空中的活动,而是时空自身的膨胀,这并不受狭义相对论的光速极限的约束。

说了那么多,宇宙事实有多大?谜底是:不知道。我们今朝确实不知道整个宇宙事实有多大,不外我们知道可不雅测宇宙有多大。

因为宇宙的春秋有限,而光在这有限的时候内所能传布的距离就是可不雅测宇宙的半径,但因为前面所说的宇宙膨胀,这个半径并不是138.2亿光年,而是更大一点,跟着光在膨胀的宇宙中传布,在颠末了138.2亿年后达到我们眼里时,这个过程中,它所颠末的距离已经被拉大了,按照科学家计较,这个已经被拉大的距离大约是465亿光年。

也就是说,跟着宇宙的膨胀,今朝我们所能不雅测到的最远距离就是465亿光年,这465亿光年的半径组成一个直径为930亿光年的球体,这个球体内就是今朝我们所能看到宇宙的全数,这就是我们的可不雅测宇宙,在此以外的宇宙今朝对我们是不成见的,它们存不存在跟我们都没有关系。

吾生也有涯,而知也无涯,以有涯随无涯,殆已……

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