人类对于宇宙的范围到底有多大有什么样的猜测?

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画兔晋0D
2020-11-17 · TA获得超过4397个赞
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我们经常谈论宇宙的规模,而且我们也深知宇宙的浩瀚,并且我们知道人类目前所看到宇宙的大小直径为920亿光年,我们也知道宇宙正在膨胀。

宇宙的哈勃膨胀率为73.8公里/秒·百万秒差距,这意味着一个星系距离地球每增加百万秒差距(3.26百万光年),它离我们而去的速度每秒就增加73.8公里。

空间的膨胀速度是没有上限的,这说明离我们很远的空间正在以超光速远离我们。但我们目前还是对宇宙的大小有一个最低下限的估计值!(后面会说到)

宇宙中充满了数千亿个银河系大小的巨型星系,每个星系都至少包含近一万亿颗恒星,

整个宇宙规模非常非常大。而且,经过大爆炸以来近138亿年的膨胀,我们能看到的宇宙部分(可观测的宇宙)直径为920亿光年!而且在未来我们不会比现在看的更远。

但在我们所能看到的宇宙之外还有更多的空间。

根据我们关于宇宙如何形成的最好理论——暴胀理论,我们会问:整个宇宙到底有多大!

暴涨掌控了宇宙的初始阶段,不管当时宇宙的初始形状、大小或条件如何,暴胀导致宇宙空间以指数增长的速度在膨胀!

在暴胀的作用下,宇宙不仅比最初的状态扩大了数十亿倍,甚至是整个最初状态的古戈尔倍(一个古戈尔为1后面100个0),由于暴胀的发生宇宙空间变的平坦,宇宙物质分布变的均匀,这就是为什么我们在地球上看宇宙,每个方向的观察结果都是一致的,犹如我们是宇宙的中心!

这就是宇宙暴胀。但是暴涨是如何发生的呢?就我们目前所知,当宇宙在大爆炸前充满所谓的真空能量时,这时的宇宙由真空能量主导。

充满真空能量的宇宙非常不稳定,当宇宙开始转入更稳定的状态时(就像上图中红色小球从高处滑下来一样),就发生了所谓的大爆炸,能量开始转化成物质,反物质和辐射,直到变成我们现在所看到的宇宙。(这里需要注意的是:真空能量导致的暴胀是大爆炸的开始,你也可以认为真空能量启动了宇宙大爆炸,宇宙没有所谓的奇点,一开始就是一团不稳定的真空能量)

那么宇宙的膨胀为什么没有结束呢?也就说宇宙为何一直在膨胀?

在宇宙的基本层面上由量子力学掌控。量子力学中最奇怪的事情之一是,如果你拿一个电子,把它放在某个地方(比如上图的轨道上),当你稍后再看的时候,它不会在同一个地方!而真空能量的本质就是量子场或量子涨落。

在量子力学的语言中,我们说量子态是随时间扩散的!现在我们把下面这三样东西都放在一起。

一开始真空能量的不稳定导致了宇宙暴胀,或呈指数级膨胀。这意味着我们正在以越来越快的速度创造“新空间”。在一个单位时间(t)之后,我们有一个单位空间(V) ,2t之后,我们有4V。3t之后是16V, 4t之后是256V。当宇宙膨胀时,平均真空能量正在下降,宇宙的膨胀速度应该减缓或停止。(也就是红色小球滑至谷底,宇宙空间达到了最低的真空能量,现在我们宇宙中的真空能量非常小,比宇宙暴胀时期要少28个数量级!)但是,真空能量量子态波函数的随机扩散又导致了更多的空间,而创造的新空间又富含真空能量。最后直到真空能量达到目前的水平,也就是空间固有的能量!这种能量是什么?就是我们常说的暗能量!

宇宙大小的最低值

当我们把真空能量、暴胀和量子态的随机扩散放在一起时,我们就得到了一个永恒膨胀的概念。

根据我们目前对膨胀的看法,这意味着宇宙至少是我们可观测宇宙大小的10^(10^30)倍!在我们的有生之年都无法把这个数字完全写出来。

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