地球為什麼剛好位於可觀測宇宙的正中心?

2020-12-03 鍾銘聊科學

本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。

地球位於可觀測宇宙正中心這件事,其實非常複雜,涉及到我們人類是如何觀測宇宙的。

地球的位置

地球在宇宙中的位置,其實隨著人類的觀測手段提升而不斷發生變化。

在古希臘時期,當時的希臘先賢們認為地球是宇宙的中心,所有的天體都圍繞地球轉動。其實把地球當作是宇宙的中心非常符合我們的直覺,因為我們就生活在地球表面,從我們的觀測角度而言,太陽、月亮以及行星們確實都圍繞著地球轉動。

這就是地心說的原型,後來地心說被託勒密完善了,成為了一個科學理論。

地心說的理論很符合人們的直覺,也符合宗教的價值觀,所以地心說統治了人們近2000年時間,直到哥白尼、克卜勒等人建立了「日心說」。

其實日心說在剛提出來時,並沒有十分準確,後來伽利略用望遠鏡發現了木星的衛星,直接否定了「地心說」,因為地心說認為所有的天體都圍繞著地球運動。

克卜勒在自己老師第谷觀測的數據中推算出了「克卜勒三定律」,讓日心說成為了主流理論。

從地心說到日心說,變化的不只是科學理論,還有地球的位置,地球由原來的宇宙中心變成了太陽系中普通的一顆行星。而牛頓的出現,又讓地球成為了宇宙中一顆不起眼的小星球。

牛頓萬有引力定律

牛頓提出萬有引力之後,遇到一個問題沒法解決,那就是按照萬有引力定律,所有的天體會在引力的作用下相互靠近,但是實際觀測並不是這樣。比如:月球並沒有離我們越來越近。

此時牛頓就遇到了一個不可調和的問題,為了解決這個問題,他提出了宇宙是無限大的,這樣宇宙的各個地方引力都平等,所以各個天體之間才沒有相互靠近。這就是牛頓的世界觀:靜態宇宙。

但是很快有人質疑牛頓所描述的靜態宇宙,他就是奧伯斯。奧伯斯認為,如果宇宙是無限大的,並且是靜止的,那麼遠處的星光應該會匯聚到地球上來,使得黑夜裡也如白天一樣明亮,但事實上黑夜裡並沒有這麼多的星光。

奧伯斯提出的這個問題,叫做奧伯斯佯謬。

動態的宇宙

1905年,這一年被稱之為愛因斯坦的奇蹟年,在這一年中他先後發表了4篇開創性論文,每一篇都是超越諾貝爾獎的成就。

在其中一篇,愛因斯坦提出了廣義相對論,但是在提出廣義相對論時,他發現通過這個公式得到的結果是宇宙是動態的,這和他認為的世界觀不一樣,所以他在這個公式中添加了一個宇宙常數。

但是很快愛因斯坦遭遇了打臉,當時的神父勒梅特提出了質疑,而另一位科學家哈勃則通過望遠鏡發現星系紅移,也就是有些星系正在遠離地球。而且這種遠離有一定的規律,離地球越遠的天台退行速度越快,這就是宇宙膨脹。

雖然愛因斯坦在自己的廣義相對論中自作聰明地加了一個宇宙常數,但這個宇宙常數隻要取值合理,就能夠描述宇宙膨脹。所以宇宙常數被保留在廣義相對論之中。

根據宇宙膨脹,科學家們可以往後推算,宇宙在最初可能有個炙熱的開端,所以提出了宇宙大爆炸假說。

可觀測宇宙

宇宙大爆炸假說提出之後,科學家們就想知道宇宙是如何膨脹的,結果數據顯示,宇宙中還存在著一股看不見的力量導致宇宙加速膨脹,而且宇宙邊緣的膨脹速度已經超越了光速,這代表著這些星系發出的光永遠也到達不了地球,而我們永遠也觀測不到宇宙的邊界。

如果我們把宇宙看作是地球那麼大,那人類可能比螞蟻還要小,而螞蟻看到的範圍是有限的,在它的視野範圍之內就被稱之為「可觀測宇宙」,但可觀測宇宙並不是宇宙的全部

憑藉目前的手段,我們只能夠觀測到直徑960億光年的宇宙範圍,這也被稱之為可觀測宇宙,地球之所以位於可觀測宇宙的中心,就是因為可觀測宇宙是人類為它下的定義,並且是以地球為中心的宇宙,所以這並不是什麼巧合。

而且,可觀測宇宙的大小還能夠憑藉人類科技手段的提高而進一步擴大,但無論如何,我們都無法看到宇宙的全貌了。

相關焦點

  • 科學家發現:地球位於可觀測宇宙正中,這真的只是巧合嗎?
    無論是百度還是維基,我們搜到的宇宙大小都是930億光年,無論從地球的任何方向上觀測,宇宙的半徑大小都是465億光年,地球居然剛好在宇宙的正中!難道冥冥之中,真是上天的安排嗎?;,從眼見為實的角度來看,地球確實是宇宙的中心,因為整個天空都圍著地球轉動。
  • 地球是可觀測宇宙的中心?科學家:宇宙一直在膨脹,它沒有中心
    當我們知道可觀測宇宙的直徑是930億光年的時候,心中不禁有了一個疑問,這是怎麼計算出來的?答案和地球有關,地球的位置恰好處於可觀測宇宙的中心區域,從地球到可觀測宇宙的邊緣地帶的距離是465億光年,可觀測宇宙自然就是930億光年。還有個不能忽視的因素,宇宙一直在膨脹。
  • 我們常說可觀測宇宙這個概念,那麼地球是可觀測宇宙的中心嗎?
    從古代藉助肉眼觀察星空,到近代發明望遠鏡看到更遠處的天體,再到通過光譜紅移知道了宇宙膨脹的事實,最終我們得出了可觀測宇宙的概念,從這個過程我們可以看出,「可觀測」這個詞是以人類的視角出發的,我們看不到的地方或者接收不到信息的地方,則不在可觀測的範圍之內。而我們人類的觀點,基本上都是以地球為承載中心展開的,因此從這個角度出發,可觀測宇宙的中心自然而然的是地球無疑。
  • 為什麼宇宙可觀測年齡比宇宙年齡更大?
    我們已經知道宇宙年齡為138億年,宇宙中最快的物體速度也不能超過光速,那麼按道理自宇宙大爆炸後走的最遠的星系也不能超過138億光年,為什麼我們的可觀測宇宙半徑卻是461億光年呢? 我們已經知道宇宙年齡為138億年,宇宙中最快的物體速度也不能超過光速,那麼按道理自宇宙大爆炸後走的最遠的星系也不能超過138億光年,為什麼我們的可觀測宇宙半徑卻是461億光年呢? 簡單來說,這是宇宙空間本身膨脹導致的,星系的運動速度是不能超過光速的,但是宇宙膨脹的速度卻是可以超過光速的。現在用來解釋膨脹用的最多的就是氣球的例子。
  • 宇宙存在中心嗎?宇宙中心位於哪裡?
    目前的所有觀察顯示,宇宙沒有中心。若要存在一個中心點,這個點必須在某種程度上對整個宇宙有特殊意義。下面,讓我們從各個角度來看一下為什麼宇宙沒有中心。首先,如果一個物體在旋轉,可以定義一個旋轉中心。這個旋轉中心是旋轉物體上的一個靜止點。對於地球來說,旋轉中心是連接南極和北極的軸心。
  • 宇宙中心,可觀測宇宙對人類意味著什麼,科學盡頭有沒有意義
    從地球上看,人類所能看見宇宙最遠的距離是138億光年之外的宇宙,在各個方向上都很大,但距離是有限的宙在每個方向上都有138億光年,因此宇宙的一部分必須在人類可觀測到的宇宙之外。一個可能的選擇是超球面:就像地球表面,但有一個維度,有限但沒有邊緣。仙女座星系中的行星與地球有不同的可觀測宇宙,那顆行星所觀測到的宇宙的一部分必須在我們可觀測的宇宙之外。
  • 從太陽繫到可觀測宇宙
    銀河系可直接觀測的直徑大約10~20萬光年(不過最近有藉助周圍星系運動的最新研究表明,如果從引力角度考慮可能有上百萬光年)太陽系位於銀河系的獵戶座旋臂,目前它正在以220km/s的速度繞銀心旋轉,公轉一周大約是2.3億年,這也稱為一個「銀河年」。
  • 腦洞事件:地球位於宇宙哪個位置呢?
    你有想過如果有一天人類踏遍了整個宇宙,發現宇宙之外是另一片天地的情景嗎?那如果我們向宇宙外發快遞是不是這樣的呢,我們的發件地址上就會寫上,XX宇宙的處女座超星系團本星系群銀河系獵戶臂中的太陽系地球上的中國XXX,這麼長一串是不是很無語呢。
  • 為什麼可觀測宇宙半徑是465億光年?不應該是138億光年嗎?
    一直以來有一個問題困擾著大家,宇宙的年齡據說是138.2億年,姑且我們信之!但又有說可觀測宇宙的半徑高達465億光年,事實上這個問題並不簡單,我們需要對各個方面分解出來理解。後來一位叫做奧伯斯的科學家認為宇宙肯定有一個起始點,因為龐大的宇宙加上無數的星星,如果宇宙存在無限久時間,那麼這些無限的光線到達地球,會將地球夜間也變成白晝,但地球仍然存在晚上,所以宇宙必定有一個時間開端。
  • 宇宙存在一個中心點,地球距離宇宙中心區球體不超過10億光年
    ,屬於極限粒子固體中最大的極限粒子固體物(如圖53)而宇宙中心區球體是一個密度極高的球體,在這個球體中只能容許大質量物質體活動其中,任何質量相對較小的可感物質體及小質量物質體將根本無法融入,或即便融入也會被迅速分解,故對人類只能通過該球體對外溢出正能量子對該球體進行認知,但這些正能量子往往都是無法被人類感官識別的高頻率能量子,且該宇宙中心天體外層有大質量物質區和大質量物質體的阻隔,故人類將可能無法直觀發現宇宙中心的神秘內核
  • 宇宙才誕生了138億年,為何可觀測宇宙的直徑卻達到了930億光年?
    人類對於宇宙的認識,其實是一個十分緩慢的過程,從古代科學的「天圓地方」,再到古希臘的「地心說」,最後到哥白尼的「日心說」,推翻了天文學的根本變革,但事實上太陽也不是宇宙的中心。現在人類已經根據理論得到,我們有著以地球為中心,930億光年的可觀測直徑。
  • 宇宙的年齡只有138億年。為什麼可觀測宇宙的半徑是465億光
    現在我們已經知道了地球、太陽系和銀河系的大小,但是我們無法測量宇宙的真實大小,因為宇宙太大了,我們甚至認為宇宙幾乎是無限的。銀河系直徑為10萬光年雖然我們無法測量宇宙的實際大小,但我們仍然給出了一個可觀測的大小。所謂可觀測宇宙是以空間望遠鏡發出的最遠恆星光的距離為半徑計算的宇宙面積。
  • 星系、星系團、超星系團、可觀測宇宙
    下面,讓我們來看一看各種宇宙天體結構:行星說到行星,可能大家都會感覺到非常熟悉,畢竟我們的地球就是一顆行星。但是行星具體是什麼,可能概念上就比較模糊了。太陽位於銀河系分值懸臂獵戶臂上,離銀河系中心有2.61萬光年,太陽系圍繞銀河系中心轉動的速度約240km/s,2.26億年轉一圈。星系星系,有一個別稱叫宇宙島。通常所說的星系都是指無數的恆星系和星際塵埃組成的運行系統。
  • 為何月球、地球、太陽、太陽系、銀河系皆有中心,而宇宙沒有?
    地核位於地球的最內部。半徑約有3470 km,主要由鐵、鎳元素組成,高密度,地核物質的平均密度大約為每立方釐米10.7克。溫度非常高,有4000~6800℃。也正因為地球的地核不在地球中心,始終偏向太陽引力的反方向,導致地核和外圈層轉動的角速度不一樣
  • 可觀測宇宙究竟是何形狀?人類跨出了可觀測宇宙會發生什麼?
    我們從宇宙中看到的區域包含超過數千億的星系和數萬億的矮星系,通常矮星系中包含著數十億顆恆星,而常規星系則包含了數千億顆恆星,若將它們放在一起,那麼它們的數量將會超過人類的居住所地球上的所有沙粒。但它們只是宇宙的一部分,若可觀測宇宙的邊際離人類足夠近了,而我們又越過宇宙的可見部分那該怎麼辦呢?
  • 可觀測宇宙究竟是何形狀?人類跨出了可觀測宇宙會發生什麼?
    但它們只是宇宙的一部分,若可觀測宇宙的邊際離人類足夠近了,而我們又越過宇宙的可見部分那該怎麼辦呢?若人類越過了可觀測宇宙的部分,那麼將會出現三種可能性!第一,就是我們生活在所謂的開放宇宙中。在這裡,就像數字π包含無限數量的數字一樣。沒有任何重複的模式,宇宙也將是包含無限數量的恆星和星系。
  • 宇宙中心在哪裡?
    Felid當然,這樣的結果並不能說明什麼——畢竟是根據我們的觀測範圍進行的重建。那麼,在宇宙的上萬億個星系中,我們所處的星系在最開始時恰好位於大爆炸中心的概率有多大?推測宇宙起點?我們還能看到隨時間演化的宇宙:離我們越遠的地方,反映出的是更古老的宇宙狀態,膨脹程度較低、受引力的影響更小,星系的數量也更少。哈勃望遠鏡不斷拓展了可觀測宇宙的範圍,並向我們展示了一個星系類型、大小和密度隨時間逐漸演變的宇宙。(圖片來源:NASA, ESA, and Z. Levay, F.
  • 宇宙沒有中心,因此所有拿宇宙中心說事的都是瞎扯
    有人提出這樣的問題:距離宇宙中心越遠,星球的公轉速度是更快還是更慢呢?這個問題也讓人摸不著頭腦,實際上這種說法是在不知宇宙為何物。現在我們就來討論一下宇宙中心的問題,以正視聽。要回答這個題目,或者出這個題目的人,請你先告訴我宇宙中心在哪裡,然後才能談距離中心遠近的問題。
  • 日本科學家:可觀測宇宙中 人類可能是唯一的生命
    基於「自然發生」學說以及其中的「RNA世界」假說,研究人員認為在可觀測宇宙中,形成功能性RNA鏈(至少包含40~60個核糖核苷酸殘基)的可能性極低,而這一長度是RNA具有基本的自我複製功能的必要條件。當然,在可觀測範圍之外正加速膨脹的整個宇宙中,生命可能出現在無數的行星上,只是我們或許永遠找不到它們。
  • 日本科學家:可觀測宇宙中,人類可能是唯一的生命
    基於「自然發生」學說以及其中的「RNA世界」假說,研究人員認為在可觀測宇宙中,形成功能性RNA鏈(至少包含40~60個核糖核苷酸殘基)的可能性極低,而這一長度是RNA具有基本的自我複製功能的必要條件。當然,在可觀測範圍之外正加速膨脹的整個宇宙中,生命可能出現在無數的行星上,只是我們或許永遠找不到它們。