今天查最真实整个宇宙到底有多大?

通常,在天文学领域把研究宇宙整体的演化称为宇宙模型,属于宇宙学的范畴。但是人类的宇宙模型实际上发生了极其巨大的变化。从最早地心说和日心说并立,到日心说被地心说淘汰,再到日心说在哥白尼、伽利略、开普勒的努力下重新复活并淘汰地心说。

再到牛顿时期,彻底摧毁了地心说和日心说,在牛顿世界观下的宇宙是一个无限大的,由引力主导的宇宙。牛顿之后,爱因斯坦提出了全新的时空观,并且诠释了引力的本质。但是爱因斯坦认为宇宙模型不应该随着时间的变化而变化,于是,他在广义相对论中加了一个宇宙学常数,让方程预言的宇宙在大尺度下是静态的,这也就是爱因斯坦的“有限无边静态宇宙”模型。

那我们来看,地心说,日心说,牛顿世界观下的宇宙以及爱因斯的“有限无边静态宇宙”模型,它是真实的吗?

可能你会觉得这些都是不真实的。如果是这样,后面要提到的任何一个宇宙模型就都不是真实的。如果你认为这些都是真实的,那后面我们要任何一个宇宙模型就都是真实的。所以,一个宇宙模型到底是不是真实的,完全取决于你如何定义“真实”。

如果按照科学的方法去看待这些宇宙模型,它们的差异并非是“真不真实”,而是谁描述得更精准。

上述我们提到的四个宇宙模型,都能够在一定程度上满足各自时代的使用。换句话说,当初地心说之所以打败日心说,是因为托勒密的地心说能够预测很多天文学现象,精度也够用。

而哥白尼的日心说一开始的精度和地心说差不多,所以只在学术圈引起了一些波澜。真正让日心说广泛使用的原因是开普勒提出了开普勒三大定律,让日心说模型的精度急剧升高,远远超过了地心说,因此,开普勒也被称为天空立法者。

牛顿和爱因斯坦之所以可以在各自时代称雄,很大原因就是他们的理论不仅足够准,更重要的是他们的理论还能预言很多物理现象。比如:科学家仅仅依靠笔和纸就可以预言海王星的存在,然后天文学家再用观测仪器去找,果然找到了。

所以,我们接下来要说到的“标准宇宙模型”自身也在演化,它的地基其实是宇宙大爆炸,而宇宙大爆炸实际上是广义相对论预言的结果。之所以大爆炸会成为主流的宇宙模型,关键就在于它比前面的宇宙模型更贴近目前的天文观测,但同时,它也并非是完美,它也遇到了很多问题。那具体是咋回事呢?

刚才我们说到,爱因斯坦为了让宇宙模型符合自己的观点,加了一个宇宙学常数,如果不加这个常数,方程预言的宇宙就是膨胀。但是,爱因斯坦的这个做法很多科学家是不赞成的。其中就有弗里德曼和勒梅特等人。就拿勒梅特来说,他就提出了核火球模型,这个模型就预言了宇宙大爆炸。

但是勒梅特提出后,并没有得到很多的重视。这是因为没有证据。仅仅过了一年,哈勃在观测银河系外的星系时,就发现大多数的星系发生了红移的现象,说白了就是它们在远离我们。

哈勃的发现实际上预示着宇宙正在发生膨胀,这和爱因斯坦提出的“大尺度上不算时间流逝而变化”的理论就冲突了。反倒支持了勒梅特的看法。但是勒梅特的核火球模型并不完善,后来许多科学家加入到了完善核火球模型的研究中来。

尤其是完善宇宙早期的一些具体的细节,这就需要粒子物理学家加入。在他们完善了之后,他们就预言,如果大爆炸是成立的,我们就得找到两个证据,一个是氦元素丰度,这意思是氦含量在宇宙中的占比,科学家后来通过观测果然和理论预言的一致。

另外一个证据叫做宇宙微波背景辐射。这是大爆炸之后,38万年,温度降低到3000度左右时,大爆炸的余热开始在宇宙中传播开,留下来的痕迹,这也被科学家找到了。不仅仅是找到了,科学家还能获取到极其精准的数据。而宇宙微波背景辐射也成了如今天文学家人手一份的“武林秘籍”。因为这当中有太多太多宇宙的秘密。

因此,关于大爆炸模型,科学家有三个关键证据:

星系红移氦元素丰度宇宙微波背景辐射

基于这些关键证据,大爆炸模型才成为主流的理论。可能你要说了,凭什么呢?

这里就要我们扭转一个思考问题的角度。我们可以想象一下,一起谋杀案,最后检察官要起诉嫌疑犯,依靠的是什么呢?

难道检察官真的穿越到杀人现场了吗?事实上并没有。我们判断一个人是不是嫌疑犯或者说是凶手,主要依靠的就是证据。同样的,我们任何一个人都不可能穿越到宇宙起源的那一刻,但我们寻找宇宙起源时留下的蛛丝马迹,以及现有的已经被证实是坚实的科学理论,来推断宇宙的起源。宇宙大爆炸其实就是利用这个方式得到的。而不同的宇宙模型比较的就是谁的证据更充分,谁的误差更小。至少,目前来看,宇宙大爆炸是远比前面说到的几个宇宙模型要靠谱得多,并且随着科技的进步,观测的证据一次次证明了这个模型是可靠的。

这并不是说,这个模型就是完美的了,实际上还存在着很多的瑕疵,比如,为什么宇宙的物质分布如此均匀。再比如:宇宙为什么是加速膨胀的?

这些都是这个模型遇到的问题,而科学家也在不断地完善,对于第一个问题,科学家提出了暴胀模型来解决。而加速膨胀的问题是因为暗能量的存在,但暗能量又是什么?科学家也没有搞清楚。因此,现在的标准宇宙模型其实并不叫做大爆炸模型。实际上,它有个新名字叫做Λ-DCM模型,这里的Λ指的就是宇宙学常数,与暗能量有关,DCM指的就是暗物质。

这个模型也告诉了我们科学家在研究宇宙演化遇到的两个关键问题就是暗能量和暗物质,如果能够搞清楚这两个问题,我们的宇宙模型将会向前跨进一大步。而这个模型的基础其实就是大爆炸模型。

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此前,美国宇航局在其官网公布第韦伯望远镜的第一批照片,这张照片向我们展示了46亿光年之外的美丽星系。

当你把图片上每一个闪烁的小星点儿放大之后,你就会发现它们其实是一个巨大的星系。因此我们很难确定,在这张图片中到底包含了多少个星系,而其中又有多少闪耀的恒星。

许多人看到这张照片的第一感觉就是,宇宙实在是太大了,而我们与之相比真的就是“沧海一粟”。也有许多人在这之下讨论起了宇宙的大小,那么完整的宇宙到底有多大呢?科学家表示,人们可能看不到宇宙的边界。

其实从人类文明发展的时间,和身体结构来看,我们想要观测和理解宇宙是非常费劲儿的,并且这对我们来说似乎也没什么意义。毕竟只要太阳正常升起,宇宙的谜题是否解开,都不会影响到普通人的生活。

但是人类和其他物种最明显的差异就在于,我们有着多少盆冷水都无法浇灭的好奇心,所以甭管有没有意义,先一头扎进去探索再说。就这样,人类从第一次抬头仰望星空,开始一步步地走向“宇宙深处”。

对于宇宙到底有多大,又是什么样的问题,自人类第一次发问以来,其实已经出现了诸多答案了。

不管是中国的“宇之表无极,宙之端无穷”还是“日心说”,人类的认知在找到更多真相之后,渐渐地清晰了起来。当观测宇宙学诞生之后,人类对宇宙的认知到达了一个新的高度。

就这样,人类看到了更多有关于宇宙的细节,发现原来宇宙可能真的是无边无际的。更重要的是,宇宙原来从未“静止”,它一直处在膨胀当中。

这就是大家非常熟悉的哈勃定律,哈勃定律证明了宇宙处在膨胀当中的现状,被科学家们认为开创了现代观测宇宙学。

为什么哈勃定律显得如此重要呢?因为人们通过它发现了宇宙微波背景辐射,而这次发现常常被称作为看到了“上帝的脸”

在这种情况下,我们得到了宇宙的大小,其半径大概是460亿光年,而它的边界也常常被说成是宇宙的边界。

需要注意的是,这里所说的宇宙大小指的是可观测宇宙大小,是我们借助光观察到的范围。而咱们在前文中也说了,哈勃定律证明了宇宙依旧处于膨胀当中,而这个膨胀的速度是超越光速存在的,所以我们看到的并非是完整的宇宙。

伊利诺伊大学的物理学教授杰西·谢尔顿表示,“从某种意义上讲,所谓宇宙的边界,就是当最古老的光线到达我们这里时,我们眼中所看到的景象。”

宇宙膨胀的速度超越了光速

说到这儿大家就明白了,不论光跑得再快,都无法抵达真正的边界,因为这个边界也一直在扩大。因此,完整的宇宙到底是怎么样的,没有人知道。此外,在绝大多数科学家看来,宇宙应该是没有边界的。

在我们的眼中,任何的事情都是有始有终的,就像宇宙从爆炸中诞生,后来又会以我们不曾知晓的方式消亡。同理,宇宙也应该是有固定范围的,因为“无边无际”这个概念实在是太模糊了,咱们无法想象。

因此许多时候,大家会想象宇宙边界的模样,思考它会不会是一条边界线。可是科学家经过研究和探索发现,宇宙实际上并不存在边界,我们现在看到的边界只是可观测宇宙的。

至于可观测宇宙之外,可能依旧有着大量的天体,和我们现在看到的宇宙空间差不多。

我们看到的只是可观测宇宙

为了能够方便人们的理解,科学家还将宇宙的形状形容成了甜甜圈的表面,表示宇宙可能就是个甜甜圈,没有所谓的边界。

这意味着,我们站在从宇宙的一端开始走,只要走得够久,总有概率能回到原点。

宇宙的形状可能像甜甜圈

这样来看,不论是宇宙膨胀的速度还是宇宙本身的特性,都告诉人们不管借助什么都无法看到宇宙的边界。就算日后我们有能力造出速度超越宇宙膨胀速度的飞行器,真正抵达了所谓的宇宙边界之外,看到的景象可能也与宇宙之内所差无几。

但是这一结论也不会让科学家感到沮丧,因为以宇宙的尺度来说,它的边界本就是人类“可望不可即”的地方。

我们的好奇心虽然十分旺盛,但是也明白自己的科技发展还是不足,所以目前大家更希望的是,人类能在百年之内,努力一下飞出太阳系,去看看银河系是否真的那样广袤。

值得一提的是,在见识到了宇宙的广阔以及大爆炸理论愈加令人们信服之后,部分科学家提出了另一个想法,即宇宙会不会也如同星系一样,有着“千千万万”个。

当回溯人类探索宇宙的历史就能发现,最初我们也以为脚下的一亩三分地就是整个宇宙,可是后来的种种发现显示,人类未免太自视过高了。

所以如果宇宙真的诞生于一场爆炸,又怎么能确定爆炸的过程中不会炸出无数个宇宙呢?

所以在膨胀理论之下,诞生了一种全新的说法那就是多元宇宙

科学家认为在永恒膨胀的形式当中,新宇宙就会像雨后春笋一般诞生。或者形象点来说,创造宇宙的那个存在就像是一个泡泡机,它一直都在向外吐泡泡,而这些泡泡拥挤在一个非常大的空间当中,成为了多宇宙海洋。

膨胀中的新宇宙随时间推移增多

而这种理论就是多元宇宙论,或者大家也可以将其当成平行宇宙论。

在该理论的说法当中,各个宇宙的边界也许是相互嵌套的,因为空间内的泡泡太多了,肯定会发生接触。在嵌套的作用下,你以为的边界,其实是另一个宇宙的领地。

大家可能会想,原来宇宙也会“俄罗斯套娃”。

需要注意的是,虽然多元宇宙理论经常被人们提起,并且在不少科幻作品当中都已经实现了。但是在科学界,多元宇宙论依旧是一个尚未证实的理论。想要证实它,人类还有相当漫长的路要走。

比如亚利桑那大学的保罗·戴维斯,就曾在《纽约时报》上做过这样的评价,“援引无数看不见的宇宙来解释我们看到的不寻常特征,就跟援引一个看不见的造物主一样特别。”

如果宇宙的大小无法判断,那宇宙的未来呢?宇宙会像科学家现在所发现的那样,永无止境地膨胀下去吗?

不论我们的宇宙是否是唯一的,它在未来发生任何变化都会对我们造成影响。所以人们一直都很好奇,宇宙的未来到底是怎样的,如果说万事万物都有始有终,宇宙诞生的起点是奇点,那么它的终点又是什么呢?

科学家认为,未来的宇宙可能会面临三种情况。第一种就是引力占据了上风,在引力的作用下,膨胀将会停止,而膨胀停止后不意味着宇宙就步入静止阶段了,因为此时它可能开始疯狂的收缩,最终变成所谓的“闭宇宙”。

第二种情况就是宇宙会在未来,不断地膨胀收缩,重复这个过程,在这个过程当中宇宙的各个部分都会经历反复的振荡,所以也有科学家称其为振荡宇宙。

宇宙未来可能会加速膨胀

第三种情况则认为宇宙就是会一直的膨胀下去,因为从哈勃的线性关系来看,宇宙的膨胀不会因为什么而停止,并且其速度还有可能不断加快。如果真的是这样,那我们的宇宙最终将会变为“开放式宇宙”。

类的对宇宙的探索探索脚步从古至今都没有停下过,随着科技越来越先进,我们所能拥有的技术已经足够让人们认知更遥远的星空,但这还远远不够,尽管有了诸多的天文望远镜和深空探测器,但人类自身却没有办法旅行到更遥远的地方,这就意味着目前所看到的宇宙到底是否是真实的人们无法亲眼确认。

在古老中国人看来,整个宇宙,也就是我们所生活的世界,不过是一个混沌类似于鸡蛋的东西,盘古生在其中,创造了人类文明。除了这种“混天说”,古人还提出过关于世界的“盖天说”,也就是指天圆地方。现在如果有人这么认为,我们觉得很可笑。

当然,古人受自身科技水平和居住环境的限制,早期古人对世界的基本认知都是通过观测天的活动得来的,不仅是中国古代人,西方古时候的人们对宇宙的认知也局限在自身生活的世界里,从地心说到日心说再到后面的各种理论,无一不是想确认我们所生活的宇宙到底是怎么样。

曾经美国研究人员做过一项调查,在年轻人中发现只有66%的人相信地球是圆的,为什么会发现这样的事,除开那些低教育和有着宗教信仰的人以外,其他一些人可能因为没有切切实实的观测过地球,他们不想相信书中和电视中所说的,所以提出一些疑问,我们如今所看到的其实都是假的,是某些人所灌输的。为了解答这一疑惑,美国一发明家竟然做了一支火箭想要亲自去看看地球是否是圆的。

人类如今所认知的宇宙年龄约为138亿年,可观测的直径为930亿光年,这些都是用天文望远镜所观测出来的,和对地球的猜测类似,一些人就想有没有可能,这些观测结果其实都是虚假的,我们的宇宙其实并没有观测的那么大,相反很小,可能只有太阳系大小,饶是如此,目前最远的探测器“旅行者一号”至今也未飞出过太阳系。

就像我们可以随意操控蚂蚁的生存空间以外,可能会有高维度的生物操控我们的宇宙大小,虽然我们使用天文望远镜能观测到更远的空间,但这也有可能只是它们给我们想看到的,真实宇宙实则只有太阳系大小或者更小,我们永远无法走出这个空间。

在未来,人类可以进行星际旅行的时候,或许就真正可以确认宇宙究竟是有多大,是否有着比人类更高级的生命。

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