宇宙到底有多大?是一个想破脑袋也想不明白的问题。根据目前最流行的理论,宇宙诞生于一次奇点大爆炸,至今已有138亿年的历史。
你或许会感到奇怪,宇宙有年龄,怎么可能是无限的?宇宙中最快的莫过于光速,光朝一个方向飞,总能飞到边吧?
如果把地球比作茫茫大海上的一条船,科学家把天文望远镜转向各个方向,能看到的最远范围相当于一个巨大的球体,这个球体被称为“可观测宇宙”。
可观测宇宙有多大?你可能不假思索地说,光速乘以宇宙年龄,直径就是276亿光年呗。这个答案貌似正确,但没有考虑到宇宙自大爆炸发生以来,无时无刻不在膨胀之中,在最早期的暴胀阶段,宇宙膨胀的速度还远远超过光速。
更关键的是,宇宙膨胀是各向均匀同性的,即无论你在宇宙中的哪个地方,都会看到周围的一切以相同的速度离你远去——好比一只蚂蚁趴在膨胀的气球表面,把它换到气球其它地方,看到的景象没有任何区别。
可观测宇宙究竟膨胀了多少呢?假设大爆炸发生时,有人站在138亿光年之外举起手枪向你射出一颗“光速”子弹,那么到今天他已经和你相距460亿光年了!那颗子弹永远都无法靠近你,反而离你越来越远。也就是说,可观测宇宙的直径大约为920亿光年!
据估计,可观测宇宙内有两万亿个星系,就算人类现在掌握光速旅行的绝技,由于时空本身在膨胀,我们能够到达的最远距离也只有145亿光年。科学家通常所说的宇宙指的就是可观测宇宙,超出这个范围之外的部分,我们根本无从知晓。
真正的宇宙到底是有限还是无限的?假设宇宙是有限的,我们向某个方向一直走,总有一天能回到起点;朝一个方向使劲看,也许能看到你自己的后脑勺!对于大的没边的东西,要估量它的大小,首先得知道形状。对于宇宙的形状,科学家提出三种假设:有限的封闭球体;无限的马鞍形;没有任何形状,无限平坦。
如果我们生活在一个弯曲的有限空间(大球)内,就会看到远处的光线互相靠拢;如果我们生活在一个反向弯曲的无限空间(马鞍)内,就会发现光线彼此发散远离,而天文观测显示,即使极远处的光线也不受任何干扰,沿着自己的初始方向无限延伸——也就是说,我们所在的宇宙很可能是无限平坦的。
当然,这并不意味着宇宙空间曲率绝对为零。NASA威尔金森各向异性探测器的测量结果显示,宇宙空间的曲率小于0.4%。如果我们由此断言宇宙是有限的,那么它的范围之大将超乎你的想象——半径至少是可观测宇宙的250倍,体积是可观测宇宙的1500万倍,直径11万亿光年!
实际上,宇宙有多大是个科学家也不敢再想下去的问题。宇宙大爆炸是否只发生了一次?奇点是不是诞生于一片虚无?是否有无限多个宇宙在不断碰撞中重生和湮灭?也许这个问题完全超出了人类的认知,对于我们来说,宇宙是有限还是无限都没有任何区别。
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