宇宙的演进11-宇宙有多大

我们现在能看到的最远的天体,大概在距离我们300亿光年的地方。不过给出这样一个数字,只能让我们知道宇宙大小的下限是300亿光年,对于宇宙大小的上限是多少没有太大帮助。

让我们意识到宇宙非常非常大的,其实是另一件事。不论我们朝向宇宙中的哪个方向去看,物质总量都差不多。天文学里把这种情况叫做“各向同性”,各个方向相同的意思。

即便是朝着夜空中最暗的地方去看,也是如此。2003年哈勃望远镜就曾经朝着天空中最暗的区域持续曝光了113天,拍下了原来看不到的景象。在非常小的区域内,相当于100米外一个乒乓球的大小。就在这么小的区域内,一共拍下来了上万个星系。我在文稿中提供了这个图片,其中的每个亮点都是像银河系一样的星系。

从地球看向四面八方,全部都一样,这意味着什么?意味着我们就是宇宙的中心啊。你想,一只蚂蚁,只有站在盘子的正中央时,它看向四面八方才能看到一样的景色。

但是,这和我们天文学的第一性原理冲突。宇宙学原理的本质就是说,我们不特殊,我们不是太阳系的中心,更不可能是宇宙的中心。所以,只有一种可能,宇宙这个盘子特别特别地巨大,远远地大于我们的观测范围,所以即便是在盘子的角落里,看向四面八方也都是一样的。

这是第一个问题,还有第二个问题。

我们观测的范围能有多大呢?是前面说的300亿光年吗?不是,那是看到的最远天体。如果排除天体这个限定的话,观察范围还要更远一些,是461亿光年。因为在这个距离上,我们接收到了宇宙爆炸的余晖,那就是宇宙微波背景辐射 ,宇宙诞生后第一次释放出的光。

这是我们能够看到的最遥远的光。这不是我们的能力不行,也不是望远镜不够发达,而是更远的光还没有传到地球。

其实,准确地说,宇宙微波背景辐射不是大爆炸发出的光,而是大爆炸后38万年才发出的光,之前的宇宙是不透明的。

所以,461亿光年,既是我们实际看到的最远的地方,也是理论上我们能够看到的最远的地方。这已经是我们看到的极限了,所以可以确定宇宙有多大这个问题无解。

其实,看到的最远范围并不是理论上能观测的最远范围,观测不一定非要用光对吧。宇宙大爆炸的头38万年虽然不透明,之前的光跑不了多久就被散射和吸收掉了,所以我们不可能看到。但是还有引力波啊。虽然我们现在还没有能力探测到这部分引力波,但是理论上可行。所以把这部分也考虑进来的话,最远可以观测的范围就是465亿光年了,多了4亿光年。

这么有意义的一个范围,我们当然会起一个特别的名字来记忆了。这个范围内的宇宙,我们叫做“可观测宇宙”,代表着我们可以观测的极限范围。465亿光年,请记住这个范围。

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