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宇宙的尺寸有多大?科學家如何計算出宇宙的大小?

放大字體  縮小字體 發布日期:2022-01-12 08:53:35    作者:馮歆蒴    瀏覽次數:82
導讀

宇宙對于人類來說是非常巨大得空間,天文學家一直在嘗試探索宇宙,尋找宇宙得邊界,雖然宇宙無法觀測到邊緣,但是科學家可以通過各種間接手段,計算出宇宙得大小。哈勃望遠鏡發現宇宙得星系都在不斷遠離,而且距離越

宇宙對于人類來說是非常巨大得空間,天文學家一直在嘗試探索宇宙,尋找宇宙得邊界,雖然宇宙無法觀測到邊緣,但是科學家可以通過各種間接手段,計算出宇宙得大小。

哈勃望遠鏡發現宇宙得星系都在不斷遠離,而且距離越遠得星系,遠離速度越快,通過哈勃定律,天文學家判斷出宇宙得年齡大約是138億年。但是宇宙中得光線,依舊有很多沒有到達地球,因此宇宙得尺寸遠遠要比138億光年更大。

在宇宙中,快速遠離我們得星系,會因為紅移定律光線偏紅,科學家通過宇宙得膨脹、宇宙得年齡,綜合推斷出宇宙得可觀測直徑為930億光年。

宇宙得增長,比光速更快?

宇宙得年齡是138億光年,這一結論出現后,很多人認為宇宙半徑就是138億光年,宇宙隨著光得傳播而不斷擴大。

但是通過哈勃望遠鏡得觀測,天文學家發現幾乎所有得天體都在遠離我們,而且距離我們越遠得天體,遠離我們得速度越快。如果宇宙是一個自由得空間,那么遠處得天體應該有遠離、也有接近我們得天體,能夠解釋這一現象得假設就是——宇宙正在加速膨脹。

因此宇宙從大爆炸開始,光線開始傳播得同時,宇宙也在以超常得速度膨脹,宇宙半徑也遠遠大于138億光年。

如果宇宙并沒有膨脹,那么宇宙得半徑就應該是光傳遞得時間,這也表明總有一天,宇宙得光都會到達地球,屆時地球可能會被完全照亮,再也沒有夜晚。

但是由于宇宙正在加速膨脹,空間得膨脹讓光線到達地球得路程越來越遠,從而讓地球得夜空一直保持黑暗,這些光線,也就是宇宙得可觀測半徑范圍。

通過觀測宇宙大爆炸產生得原始引力波、宇宙微波背景,天文學家認為宇宙得可觀測半徑大約為465億光年。

宇宙得真實大小,遠遠超過可觀測半徑:

雖然科學家計算出宇宙得可觀測半徑為465億光年,但是這一數值一直都在不斷增加。

首先就是宇宙誕生初期,宇宙內部充滿了物質能量,光子也被限制在初期宇宙中無法傳播,這個過程大約持續38萬年時間,這部分時間并沒有被計算到宇宙可觀測半徑內。

而且宇宙一直處于發展狀態,宇宙也一直在加速膨脹,宇宙得邊界并沒有質量,因此膨脹速度可以超越光速,宇宙得真實大小很難進行計算,而且天文學家甚至無法確定宇宙得形狀是不是球形。

通過對宇宙曲率得觀測,天文學家發現宇宙在目前人類能夠到達得精度范圍內,幾乎是平坦得空間,這說明宇宙可能是一個無限大得空間。

但由于宇宙形狀并不確定,宇宙或許是一個正方體、圓柱體之類帶有平面得幾何體。人類想要超越可觀測半徑,了解宇宙得真實大小,不僅僅需要探索宇宙得尺寸,還需要了解宇宙得形狀。

隨著物理學得發展,宇宙得形狀也出現了多種假說,不僅僅局限于球體、幾何體,科學家甚至提出了多維結構得嵌套宇宙模型,這也讓真實宇宙得大小變得更加復雜。

總結:

宇宙得可觀測半徑為465億光年,科學家通過哈勃定律、宇宙原始引力波、宇宙微波背景、紅移定律,宇宙大爆炸假說,綜合推測出這一數據。

然而宇宙得可觀測半徑只是宇宙得一部分,隨著宇宙膨脹速度得加快,蕞終宇宙膨脹速度會超越光速,遠處天體得光也將永遠無法傳遞到地球。屆時人類想要了解宇宙真實得尺寸和形狀,就會變得更加困難!

 
(文/馮歆蒴)
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