整个宇宙的大小可能为无限大,但目前未有定论。不过有个值是可以确定的,那就是人类可观测到的宇宙范围,这个值大约为930亿光年。那么这个值是如何得来的嘞?本文后面将做解释。
可观测宇宙的模拟全图,室女座超星系团位于中心位置,但因过于渺小以至于看不见。
首先我们要理解下这个光年是什么概念,它不是时间单位,而是长度单位。1光年就是光1年传播的距离值,按照光每秒传播约30万千米的速度来计算,可以得出1光年约94607亿千米。那么930亿光年有多远,可想而知了。
艺术家对可观测宇宙的对数尺度构想,以太阳为中心,朝外是太阳系内行星和外行星,柯伊伯带,奥尔特云,南门二,猎户臂,银河系,仙女座星系,邻近星系,宇宙纤维状结构,宇宙微波辐射以及处在边缘的不可见的大爆炸等离子体。
根据经典广义相对论,宇宙空间中的一些区域膨胀的“速度”大于有限的光速。我们知道光速也是有限的,约每秒传播30万千米的路径。但是狭义相对论指出没有任何物质以及信息可以超越光速,不过一些宇宙本身的空间区域是可以的,这就是著名的持续的空间扩展(Metric expansion of space),也可以这么说:空间扩展所花费的时间,会比光(信号)抵达该区域的时间还快。
哈勃超深场拍摄到的一个可观测宇宙区域(等效的天空面积大小显示在左下角),在天炉座的附近,每一个点都代表着一个星系,它们都由数十亿颗恒星组成,来自最小的、红移最多星系的光产生于140亿年前。
要理解这个不难,我们举一个假设的例子,从地球发出一个信号,此信号速度以光速前行(无线电信号也是光速传播的),但信号在抵达这些区域时,出现滞留状态,也就是永远抵达不了这些区域。还有一点必须要明确的是由于这些区域过于遥远,以至于最初大爆炸时发出的光未能抵达。说不定以后随着时间的推移,更多天体会被归纳于可观测宇宙范围。但是根据哈勃定律,宇宙中足够遥远的区域是以超光速的速度膨胀的,所以它们会远离我们,使得我们用不可见。
因此这些区域无法影响我们,我们所描述的可观测宇宙是指可以影响或受影响我们的宇宙空间,换言之,就是“最遥远”的光可以抵达我们地球,以我们作为中心形成一个可观测宇宙空间球。从地球中心出发,其半径约为465亿光年,因此我们的可观测宇宙空间球范围直径约为930亿年。那么这些数值是如何得来的?
一些较为复杂的公式,不过其中一个重要的参数就是宇宙再复合时期的红移值,这一值的测量来源于威尔金森微波各向异性探测器长达9年的测量数据。
这是对可观测宇宙大小最普遍的误解之一。尽管宇宙年龄是138亿岁,但因为宇宙膨胀,到可观测宇宙的边缘并不是138亿光年。图为位于纽约市罗斯地球与太空中心的一块牌匾。