當(dāng)我們談?wù)撘恍O為龐大的事物時,通常會采用將其等比縮小的方法,使其落入我們能夠直觀理解的范圍之內(nèi),那么,我們已知最大的事物是什么呢?答案當(dāng)然就是宇宙。所以問題就來了,如果地球只有1厘米,等比縮小的宇宙會有多大呢?下面我們就來討論一下。 已知地球的直徑大約是12742公里,通過簡單計算可得出,如果地球只有1厘米,其實就是將地球直徑縮小為原來的12.742億分之1,按相同比例縮小的話,太陽的直徑就將縮小到大約1.1米,而日地距離則將縮小到大約117米,就算是太陽系的直徑(以奧爾特云為邊界),也將只有大約1.5萬公里,可以看到,這樣的縮小比例是非??鋸埖?。 由于光速是有限的,因此我們其實只能看到宇宙中的一部分,這也被稱為可觀測宇宙,這是一個以地球為中心,直徑約為920億光年的球體空間,如果我們將其等比縮小,那么可觀測宇宙的直徑,仍然可以達(dá)到大約72.2光年。 需要知道的是,光年是天文學(xué)中用來描述宇宙天體之間距離的一種長度單位,根據(jù)定義,1光年就是以真空中的光速直線前進(jìn)1年(儒略年,365.25天)的距離,換算下來大約就是9.46萬億公里,而對于我們?nèi)祟悂碇v,即使是1光年,也是難以企及的距離。 舉個例子,目前距離地球最遠(yuǎn),未來有望飛出太陽系的探測器——旅行者1號,其當(dāng)前速度約為17公里/秒,而以這樣的速度,卻需要大約1.76萬年的時間,才能夠跨越1光年的距離…… 那么,如果將我們觀測不到的那部分宇宙也算進(jìn)去,整個宇宙在等比縮小后又有多大呢?要回答這個問題,我們首先需要知道整個宇宙到底有多大。 根據(jù)廣義相對論,空間是一種客觀的存在,并且還會因為物質(zhì)的質(zhì)量而發(fā)生彎曲,而根據(jù)宇宙學(xué)原理,宇宙中的每一處空間都是等效的,據(jù)此可以推測出,宇宙的形狀應(yīng)該是由宇宙中所有物質(zhì)的質(zhì)量“合力”塑造的,所以它應(yīng)該具備一個整體上的曲率。 從理論上來講,這種曲率只有3種可能,如果曲率為正,宇宙的整體形狀就是一個三維球面,如果為負(fù),則是一個三維馬鞍面,如果為零,就是平坦的三維空間(如下圖所示)。 可以看到,在曲率為負(fù)和零的情況下,宇宙就是開放的,而這也就意味著,這樣的宇宙是無限大的,而如果曲率為正,宇宙就是封閉的,在這種情況下,宇宙的大小就是有限的。 那么,宇宙到底屬于哪一種可能呢?很明顯,我們需要去測量宇宙空間的曲率,怎么測量呢?答案或許就隱藏在宇宙微波背景輻射之中。 簡單來講,宇宙微波背景輻射是宇宙誕生時留下的古老光線,這些光線經(jīng)過漫長的時間和空間擴(kuò)展,現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)化為微波,均勻地散布在整個宇宙。 科學(xué)家認(rèn)為,我們所觀測到的宇宙微波背景輻射的光子,其實已經(jīng)在傳播了極為遙遠(yuǎn)的距離,假如宇宙空間真的存在曲率,這些光子必然會受到這種曲率的影響,進(jìn)而表現(xiàn)出相應(yīng)的特征(如下圖所示)。 在過去的日子里,科學(xué)家已經(jīng)對此進(jìn)行過大量的觀測和研究,得出的結(jié)果基本上都是:宇宙的曲率非常接近零。而這也就強(qiáng)烈暗示了,宇宙很可能是無限大的,而如果真是這樣的話,那我們的問題就沒有討論的必要的,畢竟把一個無限大的宇宙縮小到原來的12.742億分之1,它依然是無限大的。 然而我們卻不能排除這樣一種情況,即:宇宙的大小是有限的,但由于它的尺度很大,以至于在我們可觀測到的有限范圍內(nèi)察覺不到它的曲率。這就好比是,地球本身是圓的,但由于我們在地球表面上所能觀察到的范圍通常都很小,因此我們很難察覺到地球本身的曲率。 根據(jù)科學(xué)家的計算,如果宇宙真是屬于這種情況的話,那么整個宇宙的直徑,將至少是可觀測宇宙的250倍(大約23萬億光年)。也就是說,在此假設(shè)成立的基礎(chǔ)上,如果將整個宇宙縮小到原來的12.742億分之1,其直徑仍然高達(dá)1.8萬光年以上。 綜上所述我們可以清楚地了解到,宇宙實在太大了,僅僅是可觀測宇宙,就大得令我們嘆為觀止,而在此范圍之外,還存在著更加廣袤的世界,人類未來真的可以在宇宙中暢游嗎?這是一個令人深思的問題。 |
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