中國道教和佛教就有一個成語“大千世界”來形容宇宙的大小,這里的世界不是地球,而是整個“世界”,也就是宇宙,比我們這個世界大一千倍則是小千世界,再往上一千倍則是中千世界,中千世界的一千倍就是大千世界!
佛教和道教的宇宙觀似乎很生硬,都是千倍大小,但其實這個千倍應該理解成形容詞,而不是量詞,所以準確的說這個宇宙觀非常具有代表性,也就是我們對“世界”的認識實在是太淺薄了!宇宙到底有多大?包括天文學家在內仍然沒有一個準確的數字!
從地心說到認識河外星系
古希臘時期人們對于宇宙的理解由托勒密匯總成了地心說,一整套嚴密的體系與計算邏輯,盡管繁雜但卻維系了上七年,也不得不說這個中維護者付出的努力,但錯誤的體系再怎么裝飾它要被捅破窗戶紙,這個人就哥白尼,日心說的提出,使得人類認識宇宙的方向邁出了一大步,此后開普勒行星定律的發現,伽利略望遠鏡的發明,還有牛頓萬有引力定律等等,人類準備好了重新認識宇宙的一切工具。
但到二十世紀以前,天文學家知道的也僅僅是銀河系內的天體,盡管發現了很多河外星系,但以當時的認知,也是誤認為是銀河系中的漩渦星云而已,一直到哈勃發現了仙女星系中的造父變星,距離測量后哈勃認為至少達到了100萬光年,盡管誤差有點大,但可以確認,仙女星系已經是河外星系!
此后測量技術的更新換代,哈勃的宇宙膨脹和距離成正比給了大家一個粗略估計距離的好方法,當然1938年后提出了以Ia型超新星為標準燭光的測量方法后,這個距離更加精準,隨著超大口徑望遠鏡的落成,在宇宙尺度的認識上也越來越遠!
當然提供了最大助力的是宇宙誕生的大爆炸理論發展,因為它直接將人類認識從星系層面的角度直接跨越到了宇宙的邊緣,勒梅特在提出大爆炸理論的雛形后,喬治·伽莫夫和拉爾夫·阿爾菲以及羅伯特·赫爾曼分別推進了原初元素形成和大爆炸余暉的理論,而1965年微波背景輻射的發現則是一個王炸!
因為它直接跨越了星系,跨越了望遠鏡的極限,直接將人類的觸角觸碰到了宇宙的邊緣,1998年宇宙加速膨脹的發現,2013年歐洲普朗克衛星最新測量的哈勃常數,得以計算出宇宙的年齡大約為137.98±0.37億年,2015年時這個數據被更新為:137.87±0.02億年!對應的宇宙大小大約是930億光年!
2016年2月11日LIGO和VIRGO的團隊宣布發現黑洞合并的引力波,其實這個意義非常重大,因為此前的光學望遠鏡只能看到發出可見光的天體,為了看到更暗弱的天體,不得不加大望遠鏡口徑,但很顯然這個制造成本與難度越來越高!后來發展了射電天文,直接看到了大爆炸的余暉,但在余暉的背后連射電望遠鏡也無能為力,未來則是中微子,它能觀測到大爆炸一秒后的宇宙!
現在的引力波理論上可以直接觀測到大爆炸發生的一剎那!不過從理論來看,要觀測到大爆炸的引力波,那個天線可能是光年級別,現代技術估計難以實現,不過至少有了理論支持,要不然連門道在哪里都不知道!
我們的宇宙有多熱鬧?
其實哈勃在沒事干的時候,拍過“三張”深空照,其實說它三張不合適,因為這是用成大量的長時間曝光的照片處理出來的,目標天區則是在絕大部分望遠鏡看來空無一物的區域!
第一次拍攝時間:1995年12月18日至28日間,位置:北天區大熊座附近
第二次拍攝時間:1998年9月至10月間,位置:南天區杜鵑座
第三次拍攝時間:2003年9月24日至2004年1月16,位置:北天區天爐座
其中最著名的是最有一次幾乎大半年斷斷續續的拍攝,處理后的照片,天文學家發現即使遠達130光年以外,仍然星系密布,而后期加入更大量處理后的HXDF照,則展現了一幅超過133.5億光年外宇宙的秘密,宇宙是那么大,但它也很熱鬧,哈勃帶給我們的認識是顛覆性的!
當然各位不要急,因為NASA還有一個王炸沒出,那就是詹姆斯韋伯望遠鏡,它使用的鍍金膜的可見光低頻段和近紅外波段,將會發現更暗弱的天體,它能否看到真正的第一個星系,有待未來分曉!
宇宙是封閉有限的還是開放無限的?
此后一直在就個中的關鍵參數觀測進行驗證,前一種有一個著名的觀測是測量宇宙的曲率,建立的模型其實很容易理解,即測量三角形的角度,如果大于實際角度,那么宇宙就是一個球體,如果小于那么是個開放的馬鞍形宇宙,如果等于那么就是平坦的開放宇宙!
結果是宇宙是平坦的,因為測量的結果無限接近于等于實際角度,或者說可能大到難以想象,460億光年距離的三角形兩邊完全不足以描述宇宙的大小,就像我們打算用三角測量法去評估仙女星系的距離,我們將會發現這個周年視差角度是0!
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