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宇宙到底有多大?可能超乎你想象

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发表于 2021-3-11 05:48:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
“四方上下曰宇,往古来今曰宙。”中国古人准确地道出了今天我们对宇宙的定义。
在17世纪现代科学诞生的时代,人们认为时间与空间是互不相干的两样东西,牛顿认为时间和空间都是绝对的、独立的实体,他把它们称为绝对时间和绝对空间,绝对空间是物质赖以存在的实体,而时间则是运动赖以存在的实体。但到了20世纪初,爱因斯坦以狭义相对论把两个独立的实体统一了起来,组成一个称为时空的实体,它认为时间是相对的,空间也是相对的,唯有时空是绝对的。与此同时,它也把从前各自独立的物质和能量统一起来,质量和能量是物质的两个属性,跟时空一样,质能也是统一的。

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在发表狭义相对论的十年后,爱因斯坦再次颠覆时空,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独立的,弯曲的时空里就包含着能量,那么时空似乎不再是一个独立的实体,他因此指出,不存在一个独立的绝对的时空,时空必须与物质(质量和能量)同时存在。爱因斯坦在晚年甚至以此怀疑时空存在的客观性。

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至此我们可以认为,时空质能是一个统一的整体,而我们就称这个整体为宇宙!也就是说,宇宙包括了所有的时间、空间、质量、能量。
那么很显然,大家从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定义来看看宇宙究竟有多大?

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在1919年爱丁顿通过日全食验证广义相对论的10年后,哈勃利用Ia型超新星的光度确定了20多个河外星系的距离后,通过光谱分析测量各星系的红移值,他发现距离越远的星系红移越大,成正比例关系,从而得出了哈勃定律。根据哈勃定律,科学家很容易就想到宇宙整体似乎正在膨胀

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既然现在的宇宙在膨胀,那么假如我们沿时间回溯回去会怎样?结果是显而易见的,宇宙中所有的星系都会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自然就被提出来了。现在,科学家用不同的方法测量了宇宙膨胀的速率,即哈勃常数,由于使用不同方法测量的结果存在差异,我们一般采用普朗克卫星通过宇宙微波背景辐射测量到的值,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),根据这数值可以计算得到宇宙的年龄约为138.2亿年

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知道了宇宙年龄,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,既然宇宙只诞生了138.2亿年,也就是那些宇宙大爆炸所产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运动速度不能超光速,但前面说过,根据哈勃定律,对远方的河外星系远离的最合理解释是宇宙正在膨胀,而宇宙膨胀导致的星系远离并非星系在时空中的运动,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。

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说了那么多,宇宙究竟有多大?答案是:不知道。我们目前确实不知道整个宇宙究竟有多大,不过我们知道可观测宇宙有多大。
因为宇宙的年龄有限,光在这有限的时间内所能传播的距离就是可观测宇宙的半径,但由于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,随着光在膨胀的宇宙中传播,在经过了138.2亿年后到达我们眼里时,这个过程中,它所经过的距离已经被拉大了,根据科学家计算,这个已经被拉大的距离大约是465亿光年。

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也就是说,随着宇宙的膨胀,目前我们所能观测到的最远距离就是465亿光年,这465亿光年的半径构成一个直径为930亿光年的球体,这个球体内就是目前我们所能看到宇宙的全部,这就是我们的可观测宇宙,在此以外的宇宙目前对我们是不可见的,它们存不存在跟我们都没有关系。

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吾生也有涯,而知也无涯,以有涯随无涯,殆已……


本文版权归原作者星宇飘零2099所有,如有侵权请联系管理员删除,原文地址:https://m.toutiao.com/i6877514958755037699/
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发表于 2021-3-11 05:48:55 | 显示全部楼层
以小论大。我们可不可以用地球上的灰尘来论及地球。用中心旋转来论及太阳系。
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发表于 2021-3-11 05:49:05 | 显示全部楼层
宇宙是我小时弄丢的弹珠。
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发表于 2021-3-11 05:49:51 | 显示全部楼层
好奇可观宇宙外又是什么呢
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发表于 2021-3-11 05:50:46 | 显示全部楼层
地球都没弄懂还宇宙
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发表于 2021-3-11 05:50:57 | 显示全部楼层
无边无际,不用想象。
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发表于 2021-3-11 05:51:35 | 显示全部楼层
最终会发现,我们的宇宙与其他宇宙互相融合与交织,宇宙轮回,根本不是我们人类能够发现的。我们只是看到的所能看到的。看不到的都假设为没有。
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发表于 2021-3-11 05:52:24 | 显示全部楼层
半径应该是138÷2=79亿光年
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发表于 2021-3-11 05:53:22 | 显示全部楼层
这类文章只是说一下对宇宙认识的历史,没有结论,还非在标题里加一个“到底”
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发表于 2021-3-11 05:53:36 | 显示全部楼层
宇宙外面又是什么?国足也是个生物?星球只是他的细胞内脏
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