我们的宇宙到底有多大？是138亿光年吗？

2025-02-13 21:24:30

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回答1：

“四方上下曰宇，往古来今曰宙。”中国古人准确地道出了今天我们对宇宙的定义。

在17世纪现代科学诞生的时代，人们认为时间与空间是互不相干的两样东西，牛顿认为时间和空间都是绝对的、独立的实体，他把它们称为绝对时间和绝对空间，绝对空间是物质赖以存在的实体，而时间则是运动赖以存在的实体。但到了20世纪初，爱因斯坦以狭义相对论把两个独立的实体统一了起来，组成一个称为时空的实体，它认为时间是相对的，空间也是相对的，唯有时空是绝对的。与此同时，它也把从前各自独立的物质和能量统一起来，质量和能量是物质的两个属性，跟时空一样，质能也是统一的。

在发表狭义相对论的十年后，爱因斯坦再次颠覆时空，他指出质量和能量的存在会引起时空的弯曲，牛顿所说的引力其实这是时空弯曲后的一种现象。当提出这一划时代的全新引力理论后，爱因斯坦发现似乎物质和时空也不是彼此独立的，弯曲的时空里就包含着能量，那么时空似乎不再是一个独立的实体，他因此指出，不存在一个独立的绝对的时空，时空必须与物质（质量和能量）同时存在。爱因斯坦在晚年甚至以此怀疑时空存在的客观性。

至此我们可以认为，时空质能是一个统一的整体，而我们就称这个整体为宇宙！也就是说，宇宙包括了所有的时间、空间、质量、能量。

那么很显然，大家从前认为可能存在的那个无边无际、空无一物的空间可能并不存在，即使存在，也与我们的宇宙无关，所以我们就按照这个宇宙的定义来看看宇宙究竟有多大？

在1919年爱丁顿通过日全食验证广义相对论的10年后，哈勃利用Ia型超新星的光度确定了20多个河外星系的距离后，通过光谱分析测量各星系的红移值，他发现距离越远的星系红移越大，成正比例关系，从而得出了哈勃定律。根据哈勃定律，科学家很容易就想到宇宙整体似乎正在膨胀。

既然现在的宇宙在膨胀，那么假如我们沿时间回溯回去会怎样？结果是显而易见的，宇宙中所有的星系都会缩回到一个很小的区域里，于是，基于宇宙膨胀的宇宙大爆炸理论很自然就被提出来了。现在，科学家用不同的方法测量了宇宙膨胀的速率，即哈勃常数，由于使用不同方法测量的结果存在差异，我们一般采用普朗克卫星通过宇宙微波背景辐射测量到的值，约等于67.80±0.77(km/s)/Mpc(Mpc为百万秒差距，1秒差距约等于3.261光年），根据这数值可以计算得到宇宙的年龄约为138.2亿年。

知道了宇宙年龄，我们是不是就可以知道宇宙有多大了呢？因为狭义相对论限制了宇宙中速度的极限是光速，既然宇宙只诞生了138.2亿年，也就是那些宇宙大爆炸所产生的物质最远也只能跑138.2亿光年，那宇宙的半径不就是138.2亿光年？

这推论很合理，可惜它是错的。其实狭义相对论限制的是物质在时空中的运动速度不能超光速，但前面说过，根据哈勃定律，对远方的河外星系远离的最合理解释是宇宙正在膨胀，而宇宙膨胀导致的星系远离并非星系在时空中的运动，而是时空自身的膨胀，这并不受狭义相对论的光速极限的约束。

说了那么多，宇宙究竟有多大？答案是：不知道。我们目前确实不知道整个宇宙究竟有多大，不过我们知道可观测宇宙有多大。

由于宇宙的年龄有限，而光在这有限的时间内所能传播的距离就是可观测宇宙的半径，但由于前面所说的宇宙膨胀，这个半径并不是138.2亿光年，而是更大一点，随着光在膨胀的宇宙中传播，在经过了138.2亿年后到达我们眼里时，这个过程中，它所经过的距离已经被拉大了，根据科学家计算，这个已经被拉大的距离大约是465亿光年。