現如今隨著科學技術的發展,人類逐漸地把自己的目光從地球,太陽系,銀河系放到了宇宙中。人類對宇宙充滿了好奇與探索,可隨著我們探索的深入之後,都會思考一個問題,宇宙到底有多大?
宇宙是不是無限的,這似乎是個不解之謎。但我們是可以根據目前對於宇宙的發現來分析一下宇宙有多大。
追求本源是科學探索的真諦——宇宙起源
關於宇宙起源的問題,宇宙大爆炸理論是目前用來解釋宇宙起源和演化的最佳理論。在1946年,美國物理學家伽莫夫正式提出大爆炸理論,該理論認為在最最開始的時候整個宇宙只是密度無限低的一個奇點。
但在某種原因或作用下,這個奇點發生了大爆炸,從此宇宙瞬間產生,而且之後宇宙一直都在不斷膨脹。雖然宇宙大爆炸理論是一個瘋狂的理論,但也不乏證據支持:
證據一:哈勃紅移在地球上觀察遙遠的星系的時候,會發現幾乎所有星系的光譜都存在紅移現象,並且距離越遠的星系,其紅移量越大,呈正比關係,這說明幾乎所有星系都在遠離我們,而針對這個現象唯一的解釋,就是宇宙在發生膨脹。
證據二:宇宙微波背景輻射。
根據大爆炸理論,宇宙大爆炸至今應該還殘留著輻射,而在138億年前,宇宙還處於高溫下,後來又經過了138億年的膨脹冷卻,溫度已經變低了,科學家也觀測到了這個背景輻射,大約是2.7K,與理論吻合。
證據三:宇宙元素豐度。在宇宙大爆炸發生後,大爆炸的部分能量轉化為質量,主要是氫、氦元素,然後這些元素從輕元素逐漸聚變為重元素,是不可逆的一個過程,而宇宙元素豐度和宇宙大爆炸理論又完美吻合。
其實除了這些理論,還有宇宙的年齡,各向同性、原初引力波等等,都可以用來支持宇宙大爆炸理論。138億年前發生「奇點」大爆炸使空間擴張,宇宙空間不斷膨脹,溫度也相應下降,後來形成了我們現在的宇宙。
宇宙天體結構。
我們都知道宇宙中有小行星、衛星、行星、恆星、星系這五種天體結構,但星系並不是我們宇宙中最大的天體結構,僅僅只能算得上是宇宙中的一個中等結構。
其實宇宙中完整的結構應該是:隕石/小行星/彗星——衛星——行星——恆星——星系——星系團——超星系團——超星系團複合體——宇宙長城——全宇宙,從這個完整的宇宙結構來看,至少還存在著四個天體結構比星系還要大。
在我們眼裡銀河系已經夠大了,但比銀河系高一級的本星系團的直徑為1000萬光年,而銀河系的直徑僅僅只有10萬光年,相對於銀河系來說本星系團很龐大,不過要再與其上一級進行比較,那就又是小巫見大巫了,這樣一直比較下來,宇宙可能大的沒有邊際。
根據人類現在的科技實力,科學家們對宇宙的觀測發現,目前可觀測宇宙的直徑大約是930億光年。
顧名思義,人類所能夠觀測到的宇宙被稱為可觀測宇宙,而可觀測宇宙與真實的宇宙不是一個概念,宇宙分為可觀測宇宙和不可觀測宇宙。還有一個誤區,可觀測宇宙也並不是說是已經看到的宇宙,這是從理論上說應該可以看到的宇宙。
真正的宇宙有多大?
我們談到宇宙大小的時候,大已經不能用來形容宇宙了,而這個時候光年就有用處了。光年,看起來有點像時間單位,其實是一個長度單位,一般用來衡量天體間的距離。
光年是表示宇宙在真空的情況下,光沿直線傳播,在一年內所走過的距離,眾所周知光速大約為每秒30萬千米,那麼1光年的距離就是9460730472580800米,即9.4607×10km。
首先需要明白的是,從宇宙誕生到目前為止,或者一直到未來,宇宙都一直在發生膨脹,從來沒有停過,並且宇宙的膨脹速度也遠遠超過了光速。
在上世紀二十年代,科學家們對星系距離的測量和紅移現象發現了宇宙正在膨脹。到了九十年代之後,我們知道了宇宙不僅僅是在膨脹,而且是在進行超光速膨脹。
從科學的角度來說,「直徑930億光年的可觀測直徑」其實主要就是由宇宙空間超光速膨脹而引起的,這種宇宙空間本身的膨脹會帶來空間內天體距離的不斷增加,宇宙也會不斷擴大。
目前宇宙的膨脹速度大約為67.8(km/s)/Mpc,也就是在每相距百萬秒差距(約326萬光年)的距離上,因為宇宙膨脹所導致的相互退行速度為67.8km/s,即在每增加300萬光年的距離上(或每過300萬年),星系們遠離地球的速度會增大67.8千米每秒。
總而言之,按照宇宙大爆炸的理論,宇宙還會一直持續不斷地擴大,我們可觀測到的地方也並不是永恆不變的。遙遠的未來,未來我們也將會觀測到更大的宇宙。
宇宙中還有一些不可見的部分,目前我們也無法掌握,但終有一天會揭開神秘的面紗。