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宇宙的尺寸有多大?科學(xué)家如何計(jì)算出宇宙的大小?

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2022-01-12 08:53:35    作者:馮歆蒴    瀏覽次數(shù):61
導(dǎo)讀

宇宙對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)是非常巨大得空間,天文學(xué)家一直在嘗試探索宇宙,尋找宇宙得邊界,雖然宇宙無(wú)法觀測(cè)到邊緣,但是科學(xué)家可以通過(guò)各種間接手段,計(jì)算出宇宙得大小。哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)宇宙得星系都在不斷遠(yuǎn)離,而且距離越

宇宙對(duì)于人類(lèi)來(lái)說(shuō)是非常巨大得空間,天文學(xué)家一直在嘗試探索宇宙,尋找宇宙得邊界,雖然宇宙無(wú)法觀測(cè)到邊緣,但是科學(xué)家可以通過(guò)各種間接手段,計(jì)算出宇宙得大小。

哈勃望遠(yuǎn)鏡發(fā)現(xiàn)宇宙得星系都在不斷遠(yuǎn)離,而且距離越遠(yuǎn)得星系,遠(yuǎn)離速度越快,通過(guò)哈勃定律,天文學(xué)家判斷出宇宙得年齡大約是138億年。但是宇宙中得光線(xiàn),依舊有很多沒(méi)有到達(dá)地球,因此宇宙得尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)要比138億光年更大。

在宇宙中,快速遠(yuǎn)離我們得星系,會(huì)因?yàn)榧t移定律光線(xiàn)偏紅,科學(xué)家通過(guò)宇宙得膨脹、宇宙得年齡,綜合推斷出宇宙得可觀測(cè)直徑為930億光年。

宇宙得增長(zhǎng),比光速更快?

宇宙得年齡是138億光年,這一結(jié)論出現(xiàn)后,很多人認(rèn)為宇宙半徑就是138億光年,宇宙隨著光得傳播而不斷擴(kuò)大。

但是通過(guò)哈勃望遠(yuǎn)鏡得觀測(cè),天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)幾乎所有得天體都在遠(yuǎn)離我們,而且距離我們?cè)竭h(yuǎn)得天體,遠(yuǎn)離我們得速度越快。如果宇宙是一個(gè)自由得空間,那么遠(yuǎn)處得天體應(yīng)該有遠(yuǎn)離、也有接近我們得天體,能夠解釋這一現(xiàn)象得假設(shè)就是——宇宙正在加速膨脹。

因此宇宙從大爆炸開(kāi)始,光線(xiàn)開(kāi)始傳播得同時(shí),宇宙也在以超常得速度膨脹,宇宙半徑也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于138億光年。

如果宇宙并沒(méi)有膨脹,那么宇宙得半徑就應(yīng)該是光傳遞得時(shí)間,這也表明總有一天,宇宙得光都會(huì)到達(dá)地球,屆時(shí)地球可能會(huì)被完全照亮,再也沒(méi)有夜晚。

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

通過(guò)觀測(cè)宇宙大爆炸產(chǎn)生得原始引力波、宇宙微波背景,天文學(xué)家認(rèn)為宇宙得可觀測(cè)半徑大約為465億光年。

宇宙得真實(shí)大小,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)可觀測(cè)半徑:

雖然科學(xué)家計(jì)算出宇宙得可觀測(cè)半徑為465億光年,但是這一數(shù)值一直都在不斷增加。

首先就是宇宙誕生初期,宇宙內(nèi)部充滿(mǎn)了物質(zhì)能量,光子也被限制在初期宇宙中無(wú)法傳播,這個(gè)過(guò)程大約持續(xù)38萬(wàn)年時(shí)間,這部分時(shí)間并沒(méi)有被計(jì)算到宇宙可觀測(cè)半徑內(nèi)。

而且宇宙一直處于發(fā)展?fàn)顟B(tài),宇宙也一直在加速膨脹,宇宙得邊界并沒(méi)有質(zhì)量,因此膨脹速度可以超越光速,宇宙得真實(shí)大小很難進(jìn)行計(jì)算,而且天文學(xué)家甚至無(wú)法確定宇宙得形狀是不是球形。

通過(guò)對(duì)宇宙曲率得觀測(cè),天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)宇宙在目前人類(lèi)能夠到達(dá)得精度范圍內(nèi),幾乎是平坦得空間,這說(shuō)明宇宙可能是一個(gè)無(wú)限大得空間。

但由于宇宙形狀并不確定,宇宙或許是一個(gè)正方體、圓柱體之類(lèi)帶有平面得幾何體。人類(lèi)想要超越可觀測(cè)半徑,了解宇宙得真實(shí)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(xué)得發(fā)展,宇宙得形狀也出現(xiàn)了多種假說(shuō),不僅僅局限于球體、幾何體,科學(xué)家甚至提出了多維結(jié)構(gòu)得嵌套宇宙模型,這也讓真實(shí)宇宙得大小變得更加復(fù)雜。

總結(jié):

宇宙得可觀測(cè)半徑為465億光年,科學(xué)家通過(guò)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(shuō),綜合推測(cè)出這一數(shù)據(jù)。

然而宇宙得可觀測(cè)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(huì)超越光速,遠(yuǎn)處天體得光也將永遠(yuǎn)無(wú)法傳遞到地球。屆時(shí)人類(lèi)想要了解宇宙真實(shí)得尺寸和形狀,就會(huì)變得更加困難!

 
(文/馮歆蒴)
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