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宇宙到底有多大?它延伸到多远?它在哪里结束?
1. 这些问题随着技术的进步,让我们有了非凡的手段去了解它们。这些方法不仅让我们得以窥探宇宙最遥远的领域,还能观察到物质和能量在最小尺度下的行为。
2. 在古代大多数观察者认为星星是围绕地球的球体,是众神的居所。但如果他们看到当今同行的发现,定会大为震惊。曾经被认为是众神栖息之所的恒星和行星,现在被视为延伸至遥远的太空深处,一个巨大的物质和能量架构中微不足道的部分。
3. 20 世纪 20 年代,人们开始意识到这种延伸的情况到底有多远。天文学家哈勃利用胡克望远镜分析星云模糊斑块的光线,发现它们是距离我们星系之外很遥远的星系,且多数星系在远离我们。距离越远,退行速度越快,这就是哈勃定律。
4. 这一事实表明,一定曾有某个时刻,所有这些星系中的物质都聚集在同一个地方,即宇宙大爆炸的开端。早在 1917 年,爱因斯坦就曾预测宇宙可能在膨胀,不过直到看到哈勃的证据,这一预测才最终被证实。
5. 爱因斯坦的广义相对论认为,星系之所以相互远离,是因为空间本身在膨胀。所以当一个光子从一颗遥远的恒星发射出来时,它要穿越一个不断变大的宇宙空间,这就增加了它到达我们这里所必须经过的距离。因此自大爆炸以来,宇宙已经变得到底有多大,不仅取决于它的膨胀速率,还取决于它已经膨胀了多长时间。
6. 哈勃太空望远镜和其他仪器收集的近期精确测量数据,使人们达成了一个共识。宇宙的年龄可追溯到 137 亿年前,在这段时间里,一束光应该能传播 137 亿光年。但考虑到宇宙的膨胀,哈勃太空望远镜所发现的最遥远的星系,实际上在各个方向上,距离我们 460 亿光年,它们彼此之间相距近 920 亿光年。难道这就是宇宙的大小吗?答案是否定的。
7. 还有一种理论认为,我们这个 920 亿光年的区域,在整个宇宙中仅仅是一个微小的点。
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