书城科普读物金星离火星有多远
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第2章 宇宙半径

你能想象的最大距离有多大?是浩瀚无边、茫茫无际吗?或者,你想告诉大家说,宇宙有多大,我们能想象的距离就有多大?

宇宙有时候是指天地万物,如我们的古人所说:“上下四方曰宇;往古来今曰宙,以喻天地。”我们能够观测到的世界一直在变大,从地球扩展到太阳系,从太阳系扩展到银河系,再扩展到河外星系、星系团乃至总星系。

大致在公元2世纪,托勒密提出了一个完整的地心说:地球静止地位于宇宙的中央,月亮、太阳和诸行星以及最外层的星天都在以不同的速度绕着地球旋转,那时,人类所能想象得到的最大距离就是地球到太阳的距离。

1543年,哥白尼提出日心说,认为太阳位于宇宙的中心,而地球则是一颗沿圆形轨道绕太阳公转的普通行星。随后人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。那时,人类所能想象得到的最大距离就是太阳系到银河的距离。

18世纪上半叶,许多科学家推测布满天际的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统,并构造出太阳居中的银河系结构图。以此为起点,科学家逐渐建立起科学的银河系概念。我们现在知道银河系的直径约10万光年,太阳位于银河系的一个旋臂中,距银心约3万光年。

20世纪20年代,哈勃用造父视差法测量地球到仙女座大星云等的距离,确认了河外星系的存在,不仅发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统,而且使人类的视野扩展到了更深更远的宇宙深处。今天,我们已观测到的星系大约有10亿个。星系也聚集成上万个星系团,每个星系团约有百余个星系,直径达上千万光年。几个或者几十个星系团构成超星系团。那时,人类能够观测到的最大距离已是银河系到邻近星系的距离。

1929年,哈勃发现星系红移与它的距离成正比,建立了著名的哈勃定律。接下来,伽莫夫等人提出了热大爆炸的宇宙模型,又有科学家在热大爆炸宇宙模型的基础上提出了暴涨宇宙模型。这些模型试图揭示宇宙起源以及宇宙演变的秘密。现在,人类的想象力似乎越来越接近宇宙的边缘了。然而,这还只是“我们的宇宙”,按照最新理论,宇宙间应该有许多或许与我们的宇宙一样的并行宇宙,它们与我们的宇宙之间没有信息交流。

那么,就先说“我们的宇宙”吧,它到底是有限大还是无限大,这一直是科学家们争论不休的问题。如果要给出一个暂时的答案的话,宇宙半径为1025m是一个较好的选择。1025m,也就是大致109亿光年,这大概是我们目前所知道的最有意义的最大距离,是宇宙的半径。这个数字与我们目前所知道的最有意义的最小距离10-15m,即质子的康普顿波长之间,相差一个更大的数,为1040,这就是最大距离与最小距离之间的倍数。

在前沿科学领域,科学数据不是确定不变的,它们会随着新的科学发现而被修正。关于宇宙半径为109亿光年这个数据也只是在一定的时期之内的一个参考数据,新的发现或理论都可能使其扩大或缩小,这也就是科学研究、科学发现的魅力的一种体现。