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宇宙到底有沒有邊緣?預計星系至少有2萬億個,九成以上是未知
2024/04/30

先問一個問題,你知道自己能看多遠嗎?不少人可能脫口而出:也就幾公里遠吧。

如果距離只有幾公里,那說明你是平時前方,而且身體所處的水平還比較低。由于地球是球體,在水平的情況下確實看不遠。

但如果你仰望天空,原先的幾公里遠,將立刻拓展到幾十萬公里乃至上百萬公里,甚至最終達到數億公里以上。

那宇宙到底有多大呢?到底是我們「望不到邊」,還是宇宙其實沒有邊緣?

空間和時間的聚合

宇宙有多大,多數人會說有130億光年,也有會給出400多億甚至900億以上的數字。先不去說數字的差距為何這麼大,先來看宇宙的定義是怎麼來的。

我國古人的天地觀是天圓地方,天穹像一口鍋倒扣在四四方方的大地上。

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從大地到天空,這是空間方位上的不同。在古人的觀念里,不管它有多大,都是東南西北的空間方位,這被叫做「宇」。我們經常聽到一個詞叫寰宇,就可以理解為全部的方位。

空間之大,讓人永遠探索不到的盡頭。同樣沒有盡頭的還有時間。古代是農耕社會,莊稼生長了一茬又一茬,樹上的葉子生了落落了又生,如此循環往復同樣給人的感覺是沒有盡頭的。

而永遠沒有盡頭的時間,又被稱之為「宙」。在墨子的天地觀念中,他正是用宇宙來形容天地萬物的。

千百年來,宇宙這個詞隨著人類技術的不斷進步,它也從一個籠統的概念,變得越來越精確。

就像現在,我們聽到宇宙這個詞就會仰望天空,會想到太陽距離地球超過了1億公里,會想起遙遠的天河,它的大小直徑達到了10萬光年以上。

技術進步了,讓人類逐漸知道了地球并非宇宙的全部,而僅僅是宇宙空間里的一分子。甚至和廣袤無邊的宇宙比起來,地球小到連一粒塵埃都不算不上。

地球的小讓人猝不及防,而宇宙的大同樣也是如此。 從地心說到日心說,再到後來對宇宙的認知,人類包括科學家在內,對宇宙的了解不是突然冒出的某種全新的觀點,而是從古至今,從錯誤到正確,通過漸進式的方式一點點獲得的。

日心說的準確,就建立在地心說的錯誤上,但在過去,當不少人開始相信日心說以后,又認為太陽就是宇宙的全部。

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現在把太陽這類天體叫做恒星,就是日心說興盛起來后,人們認為恒星不會移動,而地球在繞著它運轉。

直到後來技術進一步發展,人們才又意識到,太陽的存在并不是想象中的那樣,至少它不是全部的宇宙。

因為科學家又看到并了解到了星系,并逐漸明白,整個銀河系,就是無數個太陽這樣的天體組成的星系。

認知發展到這一步,出現了一個很有意思的現象,當時的不少科學家認為,銀河系就是宇宙的全部。

很快科學家就意識到這種觀念又錯了,通過新的計算方法以及實際的觀測,人們明白像銀河系這樣的星系,在宇宙空間里極其普通,而且其數量更是多到數以千億計。

直到此時科學家才又意識到,星系構成的這個龐大空間,才是宇宙全貌,至少是宇宙的一部分。

就目前的技術發展來看,人類對宇宙相對科學的認知,只是達到了星系這一層。

就是說各星系構成了宇宙空間的全部,當然根據星系大小的不同,又有大小子集的區分,但本質上這些都是星系的構成。

至少科學家相信,星系組合而成的全部,也就是宇宙的全部。又因為人類技術可計算觀測到的最遠星系,就在130億光年左右的范圍,所以可觀測宇宙的大概范圍,就是130億光年左右,確切說是138億。

但是請注意,從古代到現在的發展脈絡看,人類對宇宙的認知一直是在錯誤中被不斷突破的。所以你可以想象一下, 現在我們對宇宙的認識,難道就是絕對準確的嗎?

也許再過一個世紀,隨著技術的再次進步和更新,人類對宇宙的理解,沒準就又跟現在不一樣了。

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但不管是否再有顛覆性的觀點出現,至少有一點是不變的,那就是人類對宇宙方位大小的了解,一直在擴大。

從地球尺度再到太陽和宇宙尺度

引力把我們束縛在地球之上,再加上幾千年來, 人類活動范圍狹小,制定出來的距離尺度系統,很長一段時間里都很小,都沒有跳出地球的范圍,甚至沒有跳出我們的身體范圍。

比如我國傳統的尺度中, 一拃長,指的是張開大拇指到中指之間的距離,大約是20厘米。一庹長,指的是張開兩臂后的最長距離,大約是166厘米。

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這些尺度的標準,都是以人的身體為標準制定的。隨著人類活動范圍的擴大,尤其是到了現代社會后,才又制定出了一套通行于世界范圍內的尺度系統。

這套尺度系統是常用的,不超出地球范圍之外,或者說最大的尺度,就是以地球為標準的。最大的尺度公里,又叫千米,它代表的尺度范圍,跟地球的大小契合。

隨著人類的目光瞄向太陽系乃至銀河系,在具體計算天體距離的時候,科學家們逐漸意識到,如果繼續用地球上的尺度來衡量的話,那麼在計算的時候就會相當麻煩。

比如地球到月球之間大約是38萬公里,這段距離還能勉強用公里來表示。但如果將距離延伸到太陽,上億公里的表述,光是讀和寫就異常的麻煩。

于是,科學家為了方便計算和讀寫,又設計出了更大的尺度單位。

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那麼,用什麼來作為參考標準呢?

其中一個標準, 是地球到太陽之間的平均距離。這段平均距離用公里表述的話,就是1.496x10^8公里。將這段平均距離當成是一個標準,由此便有了「天文單位」新的計量尺度。

在天文學內,1天文單位或者幾天文單位,通常就用來表述天體之間的距離了。

另一個標準,便是光速。 光在真空環境下的傳播速度,大約是30萬公里,光在一年內傳播的距離,就成了另一個天文學領域的時間尺度。如果將這個數值換算成公里的話,會發現它大到驚人。

然而,光年并非[[大尺度]]單位的極限。對專業研究天文學的科學家來說,他們很快就發現,遙遠的星系距離,還是遠到離譜。

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于是秒差距尺度單位又應運而生。1秒差距大約是3.2光年,大約是20.6萬天文單位。

而在實際的計算應用中,又有千秒差距,或者是百萬秒差距等標準尺度。也就是說,在實際的天體距離測量中,即使制定了新的更[[大尺度]]標準,宇宙延伸的范圍還是很遠。

從原來的以身體為標準,再到以地球為標準,尺度單位變化的背后,是人類認識中的宇宙范圍不斷在擴大。同時,還有天體數量在增加。

宇宙內的星系有多少?

太陽這樣的恒星系統,共同構成了銀河系,而在整個銀河系中,像太陽這樣的恒星數量達到了驚人的數千億顆。

這還遠遠不算多,因為銀河系在星系的構成中,僅僅又是基礎。類似銀河系這樣的星系,構成了星系群。

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星系群之上,還有超星系群、超星系團等尺度更大的星系規模。

那麼,這些星系的數量究竟有多少呢? 此前科學家的估算是,宇宙內有1000到2000億個星系。

到2016年,諾丁漢大學的天文學家,通過多年研究又給出了新的估值, 宇宙內的星系數量比原來的數值至少多10倍,即星系的數量可能有1萬億個到2萬億個。

因為科學家發現,多數星系要麼遙遠,要麼暗淡,以至于人類現有的技術根本發現不了它們。但看不見,不代表這些星系不存在。

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多數的星系,可能跟麥哲倫星云這樣,是一種體量較小的衛星星系。而且科學家還發現,宇宙內至少90%的星系,都還沒有被研究過。

也就是說,我們現在已知的宇宙范圍已經夠大了,但實際的宇宙范圍,比科學家研究和計算的范圍還要大。

所以宇宙的大,確實超出了人的想象,甚至超出了神的想象。

與天地同壽還比不過1光年的尺度

《西游記》中,吃一個蟠桃就能長生不老,而古人理解的長生不老,就是幾千年乃至上萬年,最長的年齡也無非是跟天地同壽。

在地球范圍,這壽命已經夠久遠了。可如果放到宇宙空間里。神仙們活的一萬年,還比不上1光年的尺度大。

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因為神話中的一年時間,僅僅是地球上太陽東升西落的時間尺度。而光每秒傳播的速度就達到了30萬公里。

所以, 假設把孫悟空和太上老君的距離拉開到10萬光年遠,他們兩個神仙就是窮盡壽命,估計也走不到一起了。因為這距離太遠了,遠到他們都活不到那麼長的時間。

結語

當年,旅行者1號距離地球60億公里遠的時候,照片中的地球就是一個小光點。

這麼遠的距離,已經超出人類的認知了,然而放在太陽系乃至整個銀河系內,它走過的那段距離,短到可以忽略不計。

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所以說,將人類放在地球上,我們似乎無所不能;將人類放在銀河系乃至宇宙的尺度下,我們又什麼都不是。

但幸運的是, 人類自從誕生的那一刻,想象就是無窮盡的,距離再遙遠,想象也能瞬間抵達。看來,宇宙的范圍,或許就跟人類的想象一樣,它突破了想象,但又和人的想象融合在了一起。


參考資料:

《宇宙中到底有多少星系?》 新華網 2016年10月14日
《可觀測的宇宙》 NASA中文網 2022年3月17日
《宇宙的形狀超乎你想象》 中國科學報 2019年12月24日

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