宇宙究竟有多大呢?我们可以形象地来加以说明,我们都知道太阳的巨大,太阳直径为139万公里,体积是地球的130万倍,
我们先将太阳想象成一个南瓜,
那么大约2000亿到4000亿个南瓜构成了银河系,
而2万亿个这样的南瓜堆又分布在一个假想的“空心球”里,这个“空心球”的直径是2光年(约20万亿千米),相当于太阳系的直径,这个空心球就是宇宙的大小。不,准确地说,是总星系的大小(总星系就是我们常说的可观测宇宙,是目前我们可以看到的宇宙大小,当然不是整个宇宙的大小,这是因为宇宙一直在膨胀)。而我们的地球在这个体积为4立方光年的空心球里,不过像一颗小小的芝麻而已。相对于地球而言,宇宙是“无限大”的。
人类对宇宙的认识古时候就有了“宇宙”这个词,但其含义与今天的大不一样。人类对宇宙的认识从自身居住的附近地区到地球,到行星,到太阳,再到太阳系……宇宙的空间正随着人们的认识而逐渐变大。
在18世纪的人们眼里,宇宙的大小还只局限于太阳系。随着科学技术的发展,人们逐渐认识到地球不是太阳系的中心,太阳才是太阳系的中心,而太阳也只是天空中数以亿计的恒星中的一颗。于是人们心目中的宇宙开始逐渐拓展到了银河系。18世纪之后,人们才弄清了太阳也只不过是银河系中众多的恒星中的一颗而已。
据最新研究,银河系的直径约10万光年到18万光年,厚度约一万光年,太阳绕银河系中心旋转一周需2.4亿年。随着人们的认识范围逐渐扩大,人们心目中的宇宙已不再是银河系。人类已经认识到,在银河系以外还有许多“河外星系”的存在。这些河外星系离我们很远,即使通过大型的望远镜也仅仅能看到一些模糊的光点。
十几个或几十个星系在一起组成星系群。我们的银河系就同它周围的19个星系组成了一个“本星系群”,这个本星系群的直径大约为260万光年。
比星系群更高一级的是星系组织是“星系团”,它由成百上千个星系组成。我们银河系所在的本星系群属于一个叫“室女座本星系团”的星系团,室女座本星系团包含1000个以上的星系,直径大约2000万光年。这还不算大,“后发星座”里包含了2700个星系,距离我们大约2.4亿光年。在星系团上面还有超星系团……。
据哈勃望远镜最新观测资料显示,大约有2万亿个星系构成了总星系――我们的可观测宇宙。
宇宙的体积通过了解人们认识宇宙的过程,我们已经可以初步地回答宇宙有多大这个问题了。人们从自身居住的区域认识到地球;又从地球认识到太阳系,眼界扩大了成百上千倍;又从太阳系认识到银河系,眼界扩大了1亿倍;从银河系认识到总星系,眼界扩大了10000亿倍。随着人们认识的不断深化,宇宙的奇迹也在不断扩大,几十年前总星系的半径还只有十亿光年,现在却已达到了460多亿光年……。爱因斯坦曾经计算出宇宙的半径为10亿光年,
后来他又修订了计算结果,为35亿光年。事实证明,他所计算的宇宙大小的范围一次又一次地被突破了。
宇宙的边界宇宙空间是有限无界的。我们的地球就是这样一个有限的空间,你在它的表面上无论朝哪个方向走,无论走多远,你都不可能找到它的“边界”;但地球的体积是有限的,它的半径不过才6000多公里,所以最终你将回到出发点。爱因斯坦认为:在宇宙中无数巨大星系的巨大重力作用下整个宇宙空间会发生弯曲,最终卷成一个球体,光线沿这个球面空间的运动轨迹也是弯曲的,并且永远到达不了宇宙的边界。
宇宙之外那么,宇宙之外又是什么呢?霍金教授指出,追溯这类终极问题会使人感到上帝存在的可能性至少有50%,其实你完全可以站在上帝的角度来观察这个空心球,你会发现它的体积并非固定不变,而是在不断膨胀,就像一个被逐渐吹胀的气球一样。
“无限”的宇宙
从天文学的角度上看,宇宙是有限的,宇宙的大小实际上可以认为是总星系的大小,这是一个有限的时间和空间范围,当然总星系不是宇宙的全部,它只是目前天文学所能探测到的最远的世界(当然整个宇宙也是有限的)。因此总星系只能叫可观测宇宙。目前人们对宇宙的认识只局限于可观测宇宙。
可观测宇宙是整个宇宙的很小一部分。
可观测宇宙是一个以观测者为中心的球体空间,小得足以让观测者观测到该范围内的物体,也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。
根据现在估计的宇宙精确年龄138.2亿岁,现在推测计算出可观测宇宙半径为465亿光年。
这只是理论上计算的数值,不代表我们已经观测到了那个边界。事实上,目前发现最远的星系是GN-z11,
它到地球的光行距离为134亿光年,由于宇宙空间的膨胀(关于空间膨胀的问题在本文不详谈,另文再作解释),目前距我们有320亿光年。这个距离以外的地方就全是未知数了,这就跟宇宙中的所有基本粒子能够数清一样,至少从理论上说,在一定的时间内我们能看见宇宙中的“最后一颗恒星”,但这并不意味着“最后的一颗恒星”就是宇宙的尽头。
从哲学角度上讲,世界的客观实在性是永恒的“存在”,这也是实在性的本质。因此宇宙不仅在空间上是无限的,在时间上也是无限的,时间上和空间上的无限(现代宇宙大爆炸理论关于时空的有限问题,我们另有文章讨论,这里只从哲学上做一陈述,毕竟哲学上的时空概念是不同于科学上的),才使得宇宙能够成为一个统一整体而存在。
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