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宇宙大小138億、158億、780億光年,可能都是錯誤的

宇宙大小138億、158億、780億光年,可能都是錯誤的


沒有什麼比我們生存的這個宇宙更讓人困惑了,似乎人類的探索手段越先進,研究越深入,對宇宙的困惑就越多。一方面是知識面的擴大讓我們接觸到更多未知的東西,另一方面,一些流傳已久的錯誤數據和觀點也讓我們無所適從,不知道哪一個才是最接近事實或者說科學的數字。對於宇宙的大小,就有以下幾個數據流傳甚廣,非常讓人困惑。筆者依據一些資料,整理出其可能的出錯原因。


一、138億光年

宇宙年齡138億年,是普朗克衛星2013年所得到的最佳觀測結果,宇宙大爆炸距今約137.98 ± 0.37億年。這個數字是宇宙的年齡而不是宇宙的大小,有人據此認為宇宙的物理直徑是138億光年是不正確的。哈勃定律已經證明時間和空間都是彎曲的,以光速乘以宇宙時間得出的距離沒有物理學意義,就像你在迷宮裡以5米/秒的速度行進,過了一分鐘你從迷宮裡出來了,你得出結論說迷宮的直徑是300米,這是沒有任何道理的。


二、158億光年


這個數據在網上也是很常見,筆者一直深感困惑,為什麼有的文獻說宇宙大小138億光年,有的說是158億光年呢?這兩者之間究竟有什麼區別?其實這個數據是用了和138億光年相同演算法得出的數字,只不過是2006年媒體報導錯誤的影響延續至今。還有一種可能是,由於觀測手段的限制,在上個世紀科學家們對宇宙年齡普遍估計是150億年左右,大概和138億年這個比較精確的數字混淆成158億了。


三、780億光年

這是美國天體物理學家尼爾·柯尼施等一些學者,在2003年基於我們所見的宇宙微波背景輻射,估算出的整個宇宙(並非可觀測宇宙)直徑的下限值。因為宇宙具有複雜的拓樸結構,如果宇宙大小不超過直徑780億光年這個球體,那麼光線自大爆炸以後就有足夠的時間在宇宙中環繞移動,從而在宇宙微波背景輻射中產生多重影像,使之以重複的圓形圖案呈現。柯尼施等人曾在240億秒差距(780億光年)的數值範圍內尋找這個現象,但沒有任何發現。


四、1560億光年


這是把780億光年當作半徑翻倍得出的數值,這個數值被《發現》(Discover)錯誤報導後廣泛使用。柯尼施任職的蒙大拿州立大學曾進行過糾正:「《發現》錯誤地報導了宇宙是1,560億光年寬,認為780億光年是宇宙的半徑而不是直徑。」


五、1800億光年


這是以三角座星系的距離比先前估計值增加了15%為依據,因而認為哈勃常數減小了15%,再加上錯誤地運用了上面的1,560億光年數值來計算得出的結果。

那麼宇宙究竟有多大呢?


實際上我們最遠能觀測到的距離,只是大爆炸後宇宙從不透明變為透明的臨界面。根據現在觀察到的宇宙微波背景輻射,從地球的任何方向到可觀測宇宙的邊緣大概是460億光年,因此可觀測宇宙是一個直徑為930億光年的球體。因為大爆炸後更遠處的光線還沒有足夠的時間到達我們地球,所以未來我們可觀測宇宙的直徑還會逐步擴大。但是根據哈勃定律,宇宙一直在加速膨脹,宇宙中那些足夠遙遠的區域膨脹速度已經超過光速遠離我們而去,它們將永遠無法進入可觀測宇宙的範圍,因為從那些天體發出的光永遠無法到達我們。假設宇宙一直這樣膨脹下去,科學家們計算出我們可觀測宇宙最終的半徑不會超過620億光年。


肯定還有人窮追不捨,那麼大爆炸以來的真實宇宙大小究竟是多少呢?根據宇宙暴脹理論創立者阿蘭·古什的計算,如果暴脹起於大爆炸後10?37秒,整個宇宙的大小至少比可觀測宇宙大3x10^23倍。不過估計沒人會相信這個數字,其它一些估計聲稱整個宇宙比可觀測宇宙大250倍。當然還有一種宇宙有限但無界的觀點認為,宇宙可能是像地球的球面一樣,這樣就沒有邊界,在這種情況下,其大小甚至有可能小於我們現在可觀測宇宙的大小。

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