科学探索:宇宙到底有多大
发布时间:2021-04-15
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科学探索:宇宙到底有多大

关于宇宙的诞生,目前科学界的主流解释是宇宙大爆炸说。也就是我们的宇宙始于一个密度无限大、能量无限高、体积无限小的奇点,从奇点爆炸那一刻起,时间、空间以及我们的宇宙才开始工作。至今,宇宙已经走过了将近140亿年,边界仍在扩大。

宇宙到底有多大

科学家绘制的宇宙微波背景辐射全图

那么宇宙到底有多大呢?

首先宇宙可能是无限大的。因为根据广义相对论,宇宙空间中的一些区域的“膨胀速度”可能会大于光速。同样根据哈勃定律推论以及观测到的红移现象,宇宙中的边缘区域是以光速或超光速的速度在持续膨胀。因此,讨论宇宙有多大的问题,变得不可能。

宇宙到底有多大

“红移”现象的发现是宇宙大爆炸说的有力证据之一

但是,虽然宇宙边界无法确定,但是人类可观测的宇宙范围确是一个相对确定的数值,被定义为宇宙视界,直径大概是930亿光年。通俗来讲,宇宙视界指地球上能接收的宇宙电磁波传来的最大范围。超过这一范围,光线达不到地球,永远不会被观测到。

宇宙到底有多大

“宇宙视界”范围想象图

怎么计算出来的呢?根据广义相对论,宇宙中有些区域的膨胀速度大于光速,也就是说这个区域的物质延伸,比光信号的到达还要快。根据哈勃定律和红移现象,这些以超光速膨胀的区域,我们永远不可见,根据根据“弗里德曼方程”结合“威尔金森微波各向异性探测器” (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)多年的探测数据来计算,这个可见范围的半径大概是465亿光年,也就是直径930亿光年左右。

宇宙到底有多大

“弗里德曼方程”是广义相对论框架下描述空间上均一且各向同性的膨胀宇宙模型的一组方程

超出这个范围,我们什么也看不到。


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