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宇宙有多大?看完颠覆认知,人类连尘埃都算不上


每当我们抬头仰望夜空,点点星光在漆黑的天幕上静静闪烁,很多人心里都会冒出同一个疑问:宇宙到底有多大?


小时候我们以为,星星就是宇宙的全部。后来我们知道,星星是恒星,恒星组成星系,星系又汇聚成庞大的星系团。可就算我们不断更新认知,宇宙的尺度依旧远远超出人类的想象极限。很多科普只说宇宙浩瀚,却很少把看得见的范围、看不见的边界、还有让人费解的“宇宙有没有尽头”讲明白。今天咱们就用通俗的方式,一层层推开宇宙的尺度大门。

首先要分清两个非常关键的概念:可观测宇宙,和整个宇宙。这两个,完全不是一回事。

我们先说可观测宇宙。光的传播速度是固定的,每秒30万公里,这是宇宙里的速度上限。宇宙诞生至今大约138亿年,理论上,光最多只能跑138亿光年远。但这里很多人会踩一个误区:可观测宇宙的半径并不是138亿光年。

因为宇宙一直在膨胀。在光线朝着我们飞奔的这一百多亿年里,发光的天体本身,正在不断远离我们。它当年发光的位置,现在已经被宇宙膨胀推到了更远的地方。经过天文学家计算,我们能接收到光线的这片区域,也就是可观测宇宙,半径大约465亿光年,直径930亿光年。

这个数字是什么概念?我们先拿熟悉的距离对比一下。
地月距离大约38万公里,光1秒多就能走到;
太阳到地球是1.5亿公里,光需要走8分钟;
太阳系的边界奥尔特云,光线跑过去要1年多;
离我们最近的恒星比邻星,距离4.22光年。

而一光年,就是光走一整年的距离,大约9.46万亿公里。单单一个光年,就已经是人类无法想象的距离。465亿光年的半径,意味着在可观测宇宙这个巨大的圆球里面,密密麻麻分布着数万亿个星系。

我们所在的银河系,直径大约10万光年,里面有上千亿颗恒星。银河系本身,又和仙女座星系、三角座星系,以及几十个矮星系,共同组成了本星系群。本星系群再往上,归属于室女座超星系团;继续往上,还有拉尼亚凯亚超星系团,一条巨大的宇宙纤维结构,像一张巨大的网,星系就是网上的节点。

在可观测宇宙之内,星系的数量预估有2万亿个以上。每一个星系,都像银河系一样,装满了恒星、行星、星云。仅仅是可观测的这一部分,就已经大到人类无法想象。

但是重点来了:可观测宇宙,只是我们能“看见”的一小片区域,并不是宇宙的全部。

宇宙膨胀,是空间本身在拉伸,不是天体在空间里高速飞行。在可观测宇宙的边界之外,还有大量区域发出的光,永远没有机会抵达地球。因为那里的空间膨胀速度,超过了光速。那边的光线,无论跑多久,都追不上不断拉开的距离。这片区域,我们永远无法观测,也接收不到任何信号。

那么,整个宇宙有没有边界?它到底是有限的,还是无限的?

目前天文学还没有给出最终答案。现在主流有两种猜想。


第一种:宇宙是有限但是无边界的。打个比方,就像地球表面。地球面积是有限的,但是你在地表一直往前走,永远找不到一堵墙、一个边界,只会不断绕回原点。如果宇宙是这种闭合曲面,你朝着一个方向一直飞,足够久之后,有可能从另一个方向回到起点。

第二种:宇宙是无限大的。空间向四面八方无限延伸,星系、物质分布在无穷无尽的空间里。如果是这样,那宇宙就不存在“外面”这个说法,因为空间本身就是无穷的。

很多人会追问:宇宙外面是什么?这个问题本身,其实有一个陷阱。我们理解的“外面”,是建立在空间的概念之上。而宇宙本身,包含了所有的空间、时间。如果宇宙之外没有空间,那就不存在“外面”,没有上下、左右、远近,这个概念对我们来说,是完全无法想象的。

还有一个很多人好奇的问题:宇宙膨胀,是往哪里膨胀?
不是宇宙像气球一样,在一个更大的空间里面向外扩张。而是空间本身在每一处都在拉伸。就像气球表面画满小点,气球充气的时候,每一个小点之间的距离都在变大,点本身没有动,是表面在扩张。星系之间互相远离,也是空间拉伸带来的结果,不是星系在主动飞行。

宇宙的膨胀速度,也不是固定不变的。科学家发现,宇宙不仅在膨胀,还在加速膨胀。驱动加速膨胀的,就是我们现在还没有完全搞懂的暗能量。暗能量占据了宇宙总质能的近70%,它推着空间持续拉开距离,让遥远的星系不断远离我们。在遥远的未来,很多星系退行速度会超过光速,慢慢退出我们的可观测范围,从我们的夜空里永久消失。

我们再回头看看人类的位置。
地球,只是太阳系里一颗普通行星;太阳系,只是银河系边缘一条旋臂上不起眼的恒星系统;银河系,只是万亿星系里普通的一员;而所有这些星系,全部蜷缩在直径930亿光年的可观测宇宙之中。

放在宇宙的尺度里,不要说人类,就连我们整个地球,都渺小到不值一提。

但渺小,不代表我们没有意义。
恰恰是在这颗小小的星球上,诞生了人类,我们抬头仰望,靠着望远镜、数学、物理,一点点去推算宇宙的年龄、尺度、膨胀规律。我们用有限的大脑,去试着理解一个近乎无限的世界。

这里也要纠正一个常见误区:很多人以为,天文学家已经知道宇宙多大。实际上,我们能够精准测量、确定的,只有930亿光年这个可观测宇宙直径。至于可观测之外的宇宙有多大,是无限还是闭合,到今天依旧是天文学最大的谜题之一。

宇宙的宏大,常常会让人感到震撼,甚至生出一种无力感。但正是这份震撼,推动着一代又一代的科学家不断探索。从最早以为地球是世界中心,到知道太阳系、银河系,再到发现星系团、宇宙纤维、暗能量,人类对宇宙大小的认知,一直在被刷新。


也许再过百年、千年,我们今天的结论,又会被新的观测推翻。但不变的是,这片浩瀚星空,永远吸引着我们去追问:宇宙到底有多大,它的尽头,究竟在哪里。