已知宇宙有多大啊？

已知宇宙有多大啊？

可观测的宇宙有多大，这是一般不熟悉广义相对论宇宙学的人经常喜欢问的问题，也是难以用普通常识可以解答的问题。不少人以为，以宇宙年龄（约138亿年）乘以光速得出“宇宙半径”为138亿光年，宇宙直径就是276亿光年，这是完全不对的。广义相对论宇宙学的基本前提是宇宙学原理：宇宙在空间上（大尺度范围）是均匀和各向同性的，宇宙没有特殊的中心，这是被观测事实证明了的。宇宙开始的“大爆炸”不是书刊图示那样如同日常所见的从炸弹爆炸点向绝对空间四面八方飞出碎屑，而是相对论空间多处都同样膨胀。所谓“宇宙半径”，更确切地说是“尺度因子”，观测证明它是随时间而变大的。比如说，在大爆炸后某时刻同时形成的两颗星距离是1光年，那么，随着宇宙膨胀，在随后的时间，它们的距离就越来越大。好比气球表面的两个画点，随着气球的不断膨胀，它们的距离就越来越大。观测到最远天体的距离问题我们都有这样的体验，随着汽车的远去，汽车尾灯看起来越来越暗，到很远就看不清了。与此类似，同样的天体，离我们近的看上去很亮，离我们远的就暗得多，更远的就看不见了。人们研制了威力越来越强的望远镜，观测到更远的发光天体，不断更新纪录，从而认识到的宇宙范围越来越大，新的发现纷至沓来，美妙有趣的宇宙令人惊叹。怎么测定遥远天体的距离呢？科学家从观测事实和理论研究，发现一些很有效的方法。一种是所谓“标准烛光法”。例如，同类超新星都有相似的发光光度，而作为“标准烛光”，根据观测的亮度与距离平方成反比的规律，加上合理地改正星际物质减光等，就可以得到其距离。例如，在NGC 1260 星系观测到超新星SN2006GY 的距离为2.68 亿光年，在NGC 2770 星系观测到SN 2008D 的距离为8 800 万光年，M101 星系的SN2011fe的距离为2 100万光年。另一种重要方法是利用哈勃定律，由红移量测定距离。例如，2006 年，观测到红移量为6.96 的星系，根据红移和宇宙模型，可算得该星系现在距离我们约288 亿光年；2008 年，观测到红移量为6.7 的伽马射线暴，现在距离我们280多亿光年；2009年，观测到红移量为8.2的伽马射线暴GRB 090423，现在距离我们290多亿光年。很多人会问，比如说，最后那个伽马射线暴的光是经过290 多亿年才到达地球吗？这个时间都超过宇宙年龄了，不合理呀！其实，我们观测遥远天体所见到的是它很久前的过去情况，按照相对论宇宙学模型计算，该伽马射线暴发生于大爆炸之后的6.3亿年，发出的光传播到地球用的时间是131亿年，那时它距离地球（还未形成）很近，而现在经过130多亿年的宇宙膨胀而远离到距离我们290多亿光年了。同样，依据相对论宇宙模型，观测到的这些遥远天体的光都是大爆炸后不太久时发出来的，传播到我们的时间都是小于宇宙年龄的，它们都随着宇宙膨胀而现在距离我们200多亿光年了。按照现代宇宙学模型，红移量越大的天体越是接近宇宙早期产生的，相应于宇宙年龄138亿年，最远天体的距离就近于极限450多亿光年，考虑相反方向的极远天体，也可以不恰当地说，现在的宇宙最大尺度为900 多亿光年。随着宇宙的空间继续膨胀，宇宙最大尺度也会变大。关于我们的宇宙之外按照相对论，我们的宇宙是有界无边、无中心的，三维空间和一维时间与物质和能量密切联系在一起。按照我们习惯的思维，这是很难理解的。可用二维的有界无边球面作比喻。随着宇宙的空间膨胀，球面变大了，代表天体的球面各地之间的距离就远了。而且，观测事实也是相当有局限的。虽然思维尽可以开放一些，但观测事实总是认识的依据与检验。现在已知，光速是信息的最快传递速度，我们还无法观测到我们的宇宙之外，也不确切地知道大爆炸之前怎样。现在有些人认为，我们的宇宙之外还有很多其他宇宙，虽然现在与我们的宇宙没有信息联系，我们观测不到它们，但这些宇宙都好比泡泡，当它们演化过程中接触到我们的宇宙泡，就会改变演化进程。当然，见仁见智，究竟如何，还有待科学家们进一步观测研究和不断探索。