在开口谈"宇宙"两个字之前，得先做一件事——把这个词分成两个不同的东西。
第一种叫"可观测宇宙",说白了就是我们现在从地球这里能看到、能观测到的那片空间。第二种叫"整个宇宙",指的是所有存在过、正存在、以及将来会存在的一切。
这两者压根不是一个量级的概念,混在一起说就容易乱套。可观测宇宙有明确的半径,而整个宇宙到底多大,目前没有人能给出确定的数字。
理解这个区别,是聊后面所有问题的地基。
先说可观测宇宙的直径:约930亿光年，宇宙的年龄大约是138亿年,光走一年才走一光年,那我们最多也就看到138亿光年外的东西,两边加起来直径顶多275亿光年,怎么会冒出个930亿光年?关键在于,空间本身一直在膨胀。
138亿年前发出这些光的那些遥远天体,光刚出发的时候距离没这么远,可在这一路奔波过来的138亿年里,空间被越拉越大,天体也就被"甩"得越来越远。等光终于抵达地球,光源本身现在的距离已经超过了460亿光年。乘以2,就是930亿光年这个数。
光速大约每秒30万公里,是目前人类已知最快的速度,听着挺唬人,可放到宇宙尺度里就显得慢吞吞的。
以光速飞,从地球到月球用不到2秒;到离太阳系最近的那颗恒星,得四年多;到银河系中心,两万五千年;至于要抵达可观测宇宙的边界,按现在的距离算,需要跑上四百多亿年。
哪怕你把速度飙到"一秒一光年"这种彻底科幻级别的水平,边缘依旧遥不可及——因为边缘本身还在往外跑。科普里有个常用的比喻:地球在可观测宇宙里的大小,大致相当于太阳系里一个病毒的大小。
听着很震撼,可仔细一琢磨,这个比喻其实没起到多大作用——我们既没法真正体会病毒有多小,也没法真正体会太阳系有多大,两头都是抽象的东西,比来比去还是抽象。
所以更朴素的说法是:可观测宇宙已经大得离谱,而整个宇宙比它还要大得多,多到我们大概率永远也测不到边。
空间很可能是无限的,或者至少是没有边界的。
至于"无限"和"没有边界"这两个说法之间的差别,那又是另一个话题。
回到"一秒一光年"这个假想，如果那艘飞船真能这么飞,那么出发一秒后,我们就到了太阳系的边缘,也就是奥尔特云那一带。这里距太阳大约一光年,是彗星和柯伊伯带小天体的老巢,大部分由水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳、氰化氢这些冻结物构成,冷得吓人。
继续飞7小时左右,我们就冲到了银河系中心,那里蹲着一个质量约400万个太阳的超大质量黑洞——人马座 A*,恒星在它周围以极高的速度旋转,偶尔还能看到潮汐撕裂、喷流、引力透镜这样的场景。
再飞一个月,视野就跨到了本星系群,直径约1000万光年,最显眼的两个成员是我们的银河系和距离约220万光年的仙女座星系。就算跑到这里,也不过是走完了通往可观测宇宙边界路上极小的一段。
聊完尺度和距离,接下来一个让很多人纠结的问题——宇宙的中心到底在哪儿?答案带点让人意外的味道:可观测宇宙是有中心的,那个中心就是我们自己。
原因也很直白,可观测宇宙的定义本来就是"从地球往外看能看到的空间",那它当然是以地球为中心的一片区域。这就像一个人爬到高塔上四处张望,他所能看到的圆形地平线,必然是以他所站的这座塔为圆心的。
换一个人、换一座塔,圆心自然也就换了。
说得更严谨一点,你、我、每一个人,其实都是自己那一片可观测宇宙的中心。
听起来挺霸气,但可别得意——这并不意味着我们真的位于整个宇宙的中心。就像高塔并不是整个地球的中心,它只是它自己那圈地平线以内的圆心而已。
你看不到地平线之外,不代表地平线外面什么都没有。
可观测宇宙也是同样的道理，至于整个宇宙有没有中心,几乎可以肯定是没有的——大爆炸并不是从某个具体的点炸开,而是每一个点都在同时膨胀,压根找不到一个可以标记为"原点"的位置。还有一个挺有意思的细节。
我们的观测视野其实一直在扩大，每过一秒钟,都会有新的、比之前更古老一点的光抵达地球,它们来自比原来更远一点的地方,量化下来大约是每秒3光秒。
也就是说,什么都不用做,只要等着,宇宙自己就会把更远处的旧光一点点送到我们眼前。可观测宇宙就是这样一点一点变大的。
1929年,哈勃通过观测发现,星系普遍在远离我们,而且越远的星系退行得越快,这就是后来教科书上写的哈勃定律。
用来量化膨胀速度的那个数字叫哈勃常数,最新的一个测量值大约是每兆秒差距每秒73.2±1.3公里,也就是说每相隔326万光年,两个星系之间的退行速度就要多出73公里每秒。
麻烦的是,用不同方法测出的哈勃常数对不上号,这就是所谓的"哈勃张力",暗示我们对宇宙的理解可能还有短板。不过不管争议怎样,宇宙正在膨胀这件事是板上钉钉的,主流理论里推动它加速膨胀的,是占据全宇宙约70%能量密度的暗能量。
把这几个问题合起来过一遍,答案就清晰了。
宇宙有多大——可观测宇宙直径约930亿光年,整个宇宙的直径可能是无限的。
宇宙有边缘吗——可观测宇宙有,任何方向上都在460亿光年之外;整个宇宙有一个时间上的起点,也就是我们说的"开始",但空间上几乎肯定没有边缘。宇宙有中心吗——可观测宇宙的中心就是你自己,但整个宇宙几乎肯定没有中心。
宇宙在变大吗——在变大,一方面是空间本身在膨胀,把可观测宇宙和整个宇宙一起往外撑;另一方面是时间越走越长,来自更远处的古老光线陆续抵达,我们能看到的范围也随之扩大。
所以就算人类真能一秒飞一光年,也别指望飞到宇宙的边缘。
460亿光年外的边界仍然要跑460亿秒,更何况在你跑的这段时间里,那个边界还在被膨胀继续推远。物理上,这不是难,是根本追不上。
热门跟贴