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宇宙到底有多大?可以触摸到宇宙的边缘吗?

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发表于 2021-9-18 13:24:27 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙有多大?如果宇宙像一个封闭的盒子,而当我来到宇宙边缘时,伸手去触摸又会有什么样的感觉?

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估计很多朋友在小时候都想过这个问题,就拿我自己来说吧,那时候互联网没现在发达,想要获取这类知识,只能往书店或者图书馆跑,可惜的是书上并没有给出明确的答案(现在想来,可能是当时太小了,理解不了书上的意思)。

于是我就常常陷于自己的幻想当中,将宇宙想作一个大箱子,全封闭的那种,而地球、太阳、银河系则存在于箱子内部,然而这样的想法常常会使我“头痛”,因为将宇宙当作箱子的话,更进一步,宇宙的外面又是什么呢?外面的外面又是什么呢?

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现在看来,这个问题之所以让人头痛,那是因为从一开始的出发点就错了,如果宇宙真的同箱子一样,星系都是存在于内部,那么这个问题是无解的,实际上在现今的宇宙学当中,我们所公认的一条原理(宇宙学原理)指出:在大尺度上,宇宙是均匀的、各向同性的。

这句话是什么意思呢?简单来说,如果我们将观察范围局限在一个小尺度上,比方说太阳系周围,那么所看到的天体分布可能处处都不一样,是不均匀的,各向异性的;但如果我们将观察范围进行放大,比方说数亿光年为直径的范围,此时我们会发现,不论从哪一点向四周看去,景象似乎都是一样的,几乎没有什么特别的地方。

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正是这条原理为我们了解宇宙定下了一个基础,那就是宇宙没有边缘,没有中心。但这又是为什么呢?

我们可以从结论反问,如果宇宙有边缘,有中心,那也就意味着宇宙的均匀性、各向同性被打破了,这一点应该不难理解。不过我们仍可以举一个例子来帮助大家加强对这个结论的理解。

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上世纪20年代,天文学家哈勃发现了遥远星系退行的现象,从而正式揭开宇宙膨胀的面纱,在大量观测数据的支持下,哈勃定律被提出,这个定律简单来讲,就是离我们越远的星系,其退行的速率越快。并且值得注意的是,哈勃定律并没有违背宇宙学原理,因此,哈勃定律适用于宇宙中任意地点,也就是你在宇宙的各个地方,都会观测到遥远星系的退行。(能导致这一点的,只能是宇宙自身在膨胀,而不是星系本身的移动)

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反过来讲,既然目前的宇宙是处于膨胀状态,那么是否在遥远的过去,宇宙是从一个点膨胀而来的呢?这就是宇宙大爆炸理论的开端。

因为宇宙在膨胀,按照人类的观测手段(电磁波)来讲,存在一个所谓的可观测宇宙,这个宇宙是有限的,它的直径大约为920亿光年,但我们要注意,可观测宇宙仅仅是真实宇宙的一个组成部分。那么真实宇宙的大小是多少呢?

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实际上这个问题涉及广义相对论对宇宙的描述,根据宇宙的实际密度与临界密度之比来区分,简单来讲,有三种情况:

闭宇宙:这是一个高密度宇宙,在空间上它是封闭的,打个比方,高密度宇宙犹如气球的二维表面,各种物质、天体都存在于球体表面,此时宇宙的大小是有限的,但却没有边缘(但这仅仅是一个比方,封闭的二维表面我们好想象,但强烈弯曲导致的封闭三维空间呢)

开宇宙:这是一个低密度宇宙,形状如马鞍形,这种宇宙的大小是无限的

临界宇宙:这个宇宙的密度恰好等于临界密度,另一种称呼叫做“平坦宇宙”,它的大小也是无限的,我们学习的欧氏几何知识正好可以应用在上面

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总的来说,宇宙的真实大小我们没法描述,但可观测宇宙的直径为920亿光年;宇宙没有边缘,也没有中心。
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本文版权归原作者赛先生科普所有,如有侵权请联系管理员删除,原文地址:https://m.toutiao.com/i6874156840251294211/
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发表于 2021-9-18 13:25:15 | 显示全部楼层
我也很头疼这个问题,到底宇宙之外是什么?无限大的宇宙之外又是什么?为什么已知就地球有人,这样的问题太多,不明白
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