宇宙的大小

宇宙究竟有多大呢?我們可以形象地來加以說明,我們都知道太陽的巨大,太陽直徑為139萬公里,體積是地球的130萬倍,

宇宙的大小

我們先將太陽想象成一個南瓜,

宇宙的大小

那麼大約2000億到4000億個南瓜構成了銀河系,

宇宙的大小

而2萬億個這樣的南瓜堆又分佈在一個假想的“空心球”裡,這個“空心球”的直徑是2光年(約20萬億千米),相當於太陽系的直徑,這個空心球就是宇宙的大小。不,準確地說,是總星系的大小(總星系就是我們常說的可觀測宇宙,是目前我們可以看到的宇宙大小,當然不是整個宇宙的大小,這是因為宇宙一直在膨脹)。而我們的地球在這個體積為4立方光年的空心球裡,不過像一顆小小的芝麻而已。相對於地球而言,宇宙是“無限大”的。

人類對宇宙的認識

古時候就有了“宇宙”這個詞,但其含義與今天的大不一樣。人類對宇宙的認識從自身居住的附近地區到地球,到行星,到太陽,再到太陽系……宇宙的空間正隨著人們的認識而逐漸變大。

在18世紀的人們眼裡,宇宙的大小還只侷限於太陽系。隨著科學技術的發展,人們逐漸認識到地球不是太陽系的中心,太陽才是太陽系的中心,而太陽也只是天空中數以億計的恆星中的一顆。於是人們心目中的宇宙開始逐漸拓展到了銀河系。18世紀之後,人們才弄清了太陽也只不過是銀河系中眾多的恆星中的一顆而已。

據最新研究,銀河系的直徑約10萬光年到18萬光年,厚度約一萬光年,太陽繞銀河系中心旋轉一週需2.4億年。隨著人們的認識範圍逐漸擴大,人們心目中的宇宙已不再是銀河系。人類已經認識到,在銀河系以外還有許多“河外星系”的存在。這些河外星系離我們很遠,即使通過大型的望遠鏡也僅僅能看到一些模糊的光點。

宇宙的大小


十幾個或幾十個星系在一起組成星系群。我們的銀河系就同它周圍的19個星系組成了一個“本星系群”,這個本星系群的直徑大約為260萬光年。

宇宙的大小

比星系群更高一級的是星系組織是“星系團”,它由成百上千個星系組成。我們銀河系所在的本星系群屬於一個叫“室女座本星系團”的星系團,室女座本星系團包含1000個以上的星系,直徑大約2000萬光年。這還不算大,“後發星座”裡包含了2700個星系,距離我們大約2.4億光年。在星系團上面還有超星系團……。

宇宙的大小

據哈勃望遠鏡最新觀測資料顯示,大約有2萬億個星系構成了總星系――我們的可觀測宇宙。

宇宙的體積

通過了解人們認識宇宙的過程,我們已經可以初步地回答宇宙有多大這個問題了。人們從自身居住的區域認識到地球;又從地球認識到太陽系,眼界擴大了成百上千倍;又從太陽系認識到銀河系,眼界擴大了1億倍;從銀河系認識到總星系,眼界擴大了10000億倍。隨著人們認識的不斷深化,宇宙的奇蹟也在不斷擴大,幾十年前總星系的半徑還只有十億光年,現在卻已達到了460多億光年……。愛因斯坦曾經計算出宇宙的半徑為10億光年,

宇宙的大小

後來他又修訂了計算結果,為35億光年。事實證明,他所計算的宇宙大小的範圍一次又一次地被突破了。

宇宙的邊界

宇宙空間是有限無界的。我們的地球就是這樣一個有限的空間,你在它的表面上無論朝哪個方向走,無論走多遠,你都不可能找到它的“邊界”;但地球的體積是有限的,它的半徑不過才6000多公里,所以最終你將回到出發點。愛因斯坦認為:在宇宙中無數巨大星系的巨大重力作用下整個宇宙空間會發生彎曲,最終捲成一個球體,光線沿這個球面空間的運動軌跡也是彎曲的,並且永遠到達不了宇宙的邊界。

宇宙之外

那麼,宇宙之外又是什麼呢?霍金教授指出,追溯這類終極問題會使人感到上帝存在的可能性至少有50%,其實你完全可以站在上帝的角度來觀察這個空心球,你會發現它的體積並非固定不變,而是在不斷膨脹,就像一個被逐漸吹脹的氣球一樣。

宇宙的大小


“無限”的宇宙

從天文學的角度上看,宇宙是有限的,宇宙的大小實際上可以認為是總星系的大小,這是一個有限的時間和空間範圍,當然總星系不是宇宙的全部,它只是目前天文學所能探測到的最遠的世界(當然整個宇宙也是有限的)。因此總星系只能叫可觀測宇宙。目前人們對宇宙的認識只侷限於可觀測宇宙。

可觀測宇宙是整個宇宙的很小一部分。

宇宙的大小

可觀測宇宙是一個以觀測者為中心的球體空間,小得足以讓觀測者觀測到該範圍內的物體,也就是說物體發出的光有足夠時間到達觀測者。

宇宙的大小

根據現在估計的宇宙精確年齡138.2億歲,現在推測計算出可觀測宇宙半徑為465億光年。

這只是理論上計算的數值,不代表我們已經觀測到了那個邊界。事實上,目前發現最遠的星系是GN-z11,

宇宙的大小

它到地球的光行距離為134億光年,由於宇宙空間的膨脹(關於空間膨脹的問題在本文不詳談,另文再作解釋),目前距我們有320億光年。這個距離以外的地方就全是未知數了,這就跟宇宙中的所有基本粒子能夠數清一樣,至少從理論上說,在一定的時間內我們能看見宇宙中的“最後一顆恆星”,但這並不意味著“最後的一顆恆星”就是宇宙的盡頭。

宇宙的大小


從哲學角度上講,世界的客觀實在性是永恆的“存在”,這也是實在性的本質。因此宇宙不僅在空間上是無限的,在時間上也是無限的,時間上和空間上的無限(現代宇宙大爆炸理論關於時空的有限問題,我們另有文章討論,這裡只從哲學上做一陳述,畢竟哲學上的時空概念是不同於科學上的),才使得宇宙能夠成為一個統一整體而存在。


本文參加【科學V計劃】內容為作者原創


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