宇宙到底有多大

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宇宙的直徑大約有920億光年,甚至還可能更大。宇宙大部分是空的,星系間的恆星和宇宙間的星系之間的距離。整個宇宙的外形如同一個吹起的氣球,同時科學家也認爲宇宙是平坦的,宇宙有多種層次結構,而且它的物質形態是多種多樣。

宇宙到底有多大

宇宙到底有多大?

天文學家在研究一些宇宙學的問題時,通常使用的是理論+觀測=模型的思考框架。而對於宇宙有多大這樣的問題,在愛因斯坦的廣義相對論出現之前,大多都只是在哲學思辨上進行探討。當然,也有爲數不多的從數理邏輯上進行討論的。比較有名的就是奧伯斯佯謬。

這是在1823年,德國的天文學家奧博斯提出來的,他認爲,如果宇宙是穩態的,並且是無限大的,那夜晚的天空應該是亮的,這是因爲無限大的宇宙說明有無限多的恆星,那夜空就應該有無限多的亮點,也就是亮的。

從奧伯斯佯謬,我們至少可以知道兩點,要麼宇宙不是無限大的,要麼宇宙不是穩恆態的(也就是我們常說的永恆不變的),那具體是哪一款是後面的科學家解決的。

愛因斯坦的廣義相對論

後來到了1915年,愛因斯坦提出過了廣義相對論,在這個理論當中有一個著名的廣義相對論引力場方程。但是,愛因斯坦當時認爲宇宙應該是永恆的,但是他從理論推導出來的方程卻是一個膨脹的宇宙。爲了解決這個問題,它引入了宇宙學常數。

可惜好景不長,愛因斯坦立馬迎來了打臉時間,哈勃通過觀測發現,宇宙的確是在膨脹的,也就是說這個宇宙學常數成了多餘的了。於是,又給刪掉了。

有趣的是,後來勒梅特提出宇宙應該存在一個熾熱的開端,然後宇宙開始膨脹,但膨脹的速度並不是恆定不變,而應該是減速膨脹,這是因爲他認爲最早是引力佔主導,後來隨着膨脹的進行,引力常數所代表的排斥力逐漸接近引力,然後超過引力,佔據主導。所以宇宙之後會開始加速膨脹。因此,宇宙常數其實是有存在的必要,而且不僅僅是一般的好用,而是相當的好用。

決定宇宙形態的兩個基本參數是宇宙空間的曲率,我們用K來表示,以及宇宙常數,用Λ來表示。但K=0的時候,就是歐幾里得空間,Λ>0就會表現出排斥力,宇宙就會膨脹;Λ<0時,就會表現出吸引力,宇宙就會收縮;當Λ=0時,就是靜態的宇宙,不過並不穩定。1967年,天文學家愛德華·哈里森就把這兩個參數的不同取值進行總結,並給出了一張表格

那我們該如何進行理解呢?如今我們知道宇宙學常數就是真空能,也就是暗能量。宇宙大概起源於138億年前的宇宙大爆炸,一開始宇宙的尺寸還比較小,真空能起不到什麼作用。不過,到了距今45億年前,宇宙的大小達到了現在的73%,真空能開始佔據主導,使得宇宙加速膨脹。

哈勃常數&宇宙質量密度

所以,基於空間曲率和宇宙學常數的研究,我們是有可能知道宇宙的具體大小的,只不過,這兩個參數有點太靈活了,不好觀測。因此,科學家想到了另外一個辦法:哈勃常數和宇宙質量密度。

根據愛因斯坦的廣義相對論,我們可以得到一個以物質爲主的宇宙停止膨脹時,對應的宇宙密度,這個密度也被我們叫做臨界密度,用符合p0表示。如今,科學家通過普朗克衛星對於宇宙微波背景輻射的觀測結果,我們可以知道宇宙在千分之六的精度上是平坦的。

如果說,宇宙是平坦的,那臨界密度p0=3H0^2/8πG。其中H0表示的是哈勃常數。如果我們把哈勃常數取值爲70 km/s·Mpc,那這個時候p0就是0.9*10^-29g/cm^3。科學家對這個結果進行了進一步的處理,它們把現在宇宙實際的密度除以這個臨界密度,就會得到一個比值,用參數Ω0表示。

如果Ω0>1,就是宇宙實際密度大於臨界密度,宇宙就會停滯膨脹,開始收縮,對應的就是一個閉宇宙,也就是有邊界的宇宙。

如果Ω0<1,這代表宇宙的物質無力抵抗宇宙膨脹,宇宙就會一直膨脹下去,也就被我們稱爲“開宇宙”,也就是無限大的宇宙。

如果Ω0=1,說明宇宙會膨脹,只是速率很慢。

根據普朗克衛星最新的觀測結果表明,哈勃常數H0=67.15 km/s·Mpc。也就是說,哈勃常數是非常接近於70 km/s·Mpc,也就是說Ω0≤1,宇宙應該是一個開宇宙。也就是說,按照現在的理論和觀測來說,宇宙將會一直膨脹下去,並且宇宙會是一個無限大的宇宙。

奧伯斯佯謬

宇宙到底有多大 宇宙的面積是多少

1、宇宙面積:直徑至少920億光年以上 (僅供參考)。

2、宇宙(Universe)在物理意義上被定義爲所有的空間和時間(統稱爲時空)及其內涵,包括各種形式的所有能量,比如電磁輻射、普通物質、暗物質、暗能量等,其中普通物質包括行星、衛星、恆星、星系、星系團和星系間物質等。宇宙還包括影響物質和能量的物理定律,如守恆定律、經典力學、相對論等。

3、大爆炸理論是關於宇宙演化的現代宇宙學描述。根據這一理論的估計,空間和時間在137.99±0.21億年前的大爆炸後一同出現,隨着宇宙膨脹,最初存在的能量和物質變得不那麼密集。最初的加速膨脹被稱爲暴脹時期,之後已知的四個基本力分離。宇宙逐漸冷卻並繼續膨脹,允許第一個亞原子粒子和簡單的原子形成。暗物質逐漸聚集,在引力作用下形成泡沫一樣的結構,大尺度纖維狀結構和宇宙空洞。

4、巨大的氫氦分子云逐漸被吸引到暗物質最密集的地方,形成了第一批星系、恆星、行星以及所有的一切。空間本身在不斷膨脹,因此當前可以看見距離地球465億光年的天體,因爲這些光在138億年前產生的時候距離地球比當前更近。

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