2014年1月,在火星上日落后的約80分鐘,好奇號第一次在火星上拍下了地球,從照片中可以看出,地球只是一個不起眼的小亮點,此時好奇號距離地球1.6億公里,僅僅是太陽系之內(nèi),地球都顯得如此渺小,而這段距離不過是光走8分多鐘的路程。
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這張照片讓天文學(xué)家陷入了沉思,如果放眼整個宇宙,那地球更是塵埃中的塵埃,既然如此,我們該如何直觀了解宇宙的大小呢?其實可以把地球按比例縮小,以此來類比宇宙的真實比例大小。
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地球的直徑約為12742千米,假設(shè)我們把它縮小到一個小玻璃彈珠那么大,也就是直徑大約為1.5厘米左右,相當(dāng)于將地球縮小了8.504億倍。此時,太陽的直徑就只有 1.64 米,但是地球和太陽之間卻依然有176 米之遠。
那么整個太陽系有多大呢?假設(shè)以奧爾特云為邊界,太陽系的直徑約為2光年,按照同比例縮小后為22260公里,也就是說:直徑1米多的天體,引力范圍居然長達2萬多公里,這時候你應(yīng)該能理解,為什么說引力是長程力了。
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在太陽系之上還有更大的銀河系,這是一個棒旋星系,據(jù)天文學(xué)家估計:銀河系里面擁有1000-4000億顆恒星,太陽系位于銀河系的獵戶座懸臂上,夜晚我們看到的絕大多數(shù)星星,都是銀河系內(nèi)的恒星,銀河系的直徑約為10萬光年,繼續(xù)按同比例縮小后約為11.13億公里。
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到這里也只是宇宙中的冰山一角,因為像銀河系這樣的星系,僅僅在可觀測宇宙中,就至少有 2 萬億個。那么真正的宇宙有多大呢?首先我們對宇宙要有一個更精確的定義,我們一般所說的宇宙指的是可觀測宇宙,也就是我們能看到的宇宙范圍。
由于光速的有限性,再加上宇宙的超光速膨脹,導(dǎo)致星系的退行速度超過光速,所以我們看到的宇宙是有限的,那么這個以地球為中心,直徑930億光年的球型時空,就叫做可觀測宇宙,可觀測宇宙之外的光未來永遠也無法到達地球,因此我們也永遠看不到外面是什么樣子。
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930億光年的可觀測宇宙,按照同比例縮小大約是109光年,這是什么概念呢?以旅行者一號為例,這是迄今為止飛離地球最遙遠的人造飛行器,自1977年發(fā)射升空,完成了多顆行星探索的使命后,旅行者一號就朝太陽系外飛去了。
目前它的飛行速度為每小時六萬公里,然而現(xiàn)在已經(jīng)過去了整整47年,也才飛了243億公里,還不到一光天的距離呢,換算成光年的話,大概是0.0025光年,也就是說,旅行者一號代表著當(dāng)今人造飛船的最高速度,還需要花費2萬多年的時間,才能突破一光年的尺度,可見宇宙真的太大了,即使按比例縮小后的宇宙,對人類來說,依然是無法想象的。
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這還不是宇宙的真實大小,可觀測宇宙僅是宇宙的一小部分。主流假說認為宇宙可能是無限的——所以即便將其縮小8.5億倍,宇宙依然是無限大的。不過霍金提出不一樣的觀點:他認為宇宙應(yīng)是"有限無邊"的。
舉個例子,就好像二維生物生活在球體表面:空間雖然是有限但是卻沒有所謂的邊界無論怎么走都走不到頭。按照這個說法,我們所在的三維宇宙也會在更高維度下發(fā)生彎曲,因此我們同樣困于封閉的有限空間。
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弦理論的創(chuàng)始人之一薩斯坎德?lián)鶕?jù)理論推算出了真實宇宙的大小:大約是10^(10^122)秒差距(1秒差距=3.26光年),換算后約為3.26×10^(10^122)光年,若將地球縮小至1.5厘米,宇宙直徑僅僅縮減了不到十億倍,仍然遠遠超人類的認知極限。
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