Question

宇宙究竟有多大？

Answer 1

地球的直径是12756千米，一般的玻璃球直径是1.5公分，也就是说，它的体积是8.504百万倍。为了便于讨论，我们可以把它大致计算成8.5亿倍，即太阳的直径是1392000千米，如果按照这种比例进行缩减，那么它的直径大约是1.64米。
如果将地球比喻成一个玻璃球，那么这个世界的大小将会是怎样的？
我们可以按照时间的先后顺序来看，首先是太阳系，一般来说，太阳系的边缘是奥特星云，它是一个球形的星云，它将整个太阳系都笼罩在一个巨大的球形星云之中，它的直径大概有两光年，而一光年就是光在宇宙中的一年，也就是说，它的直径将会达到946兆千米。

Answer 2

目前宇宙的半径大概是465亿光年，直径930亿光年。但930亿光年仅仅是我们能观测到的宇宙直径，由于宇宙的膨胀速度已经超过了光速，所以我们只在地球上观测宇宙的话无法得知宇宙到底有多大，这还是一个未解之谜。

Answer 3

“大爆炸学说”认为宇宙是从一点极高密度的空无突然爆炸扩散而成的大爆炸的时间推算为大约在距今一百亿年至二百亿年前（10 to 20 billion years ago），于今扩散仍在进行之中。
“大爆炸学说”认为我们的宇宙是“同质均匀的”（Homogeneous）及“物理上均等的划一的”( Isotropic) 。前面一词的意义，就是说，无论从任何一个角度来观察，宇宙都是相同的。换言之，我们无论旅行到达宇宙内任何一点，它的状况都与我们所居地球的周围相似相同。后面一词的意义是 说：宇宙中的构成，无论在任何点，任何角度，都是物理上均等的，换言之，我们在宇宙中，就好比在沙漠中的蚂蚁，身边的，远处的，全都是看来完全相似相等的沙粒。
“大爆炸学说”认为宇宙内没有异样（Irregularities）的成份或情况使我们分别或分辨异同，而且，它认为一切的物质都是以“绝对划一”一致

方式分布的。宇宙既是物理上万全均等划一的，也是同质均匀的（虽然，一个同质均匀的宇宙，未必就是物理上完全均等划一的。）
有一点很重要，那就是，从大规模范围观察上所发现的宇宙情形是高度的物理上均等划一的。但是，我们无法旅行到外太空深处去实际接近观察，因此，很难证实同质均匀性。
在标准的大爆炸学说模型内，认为是物质的密度（Density of matter） 决定宇宙最后的命运（Ultimate density），倘若物质的密度太大，超过了“临界密度”（Critical Density）的极限：2x10-29 grams per cubic centimetre, 那么，吸引力就会终于约束宇宙的膨胀扩散，而使之停止膨胀扩张。随之而发生的将是宇宙的收缩。这样的宇宙，称为封闭的宇宙（Closed Universe）。
“大爆炸学说”获得科学界普遍接受的诸项理由之一，就是，该一学说成功地预报了宇宙中无尽份量的氦（Helium）与 重氢（Deutrium）与及宇宙中的无穷的背景辐射（Background

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Radiation）。假若物质的密度小于临界密度的极限，那么，宇宙就会继续不断地永远地扩散扩张下去， 假如物质的密度，恰如临界密度，那么，宇宙就是作有极限的扩张，即是说，它们会永远扩散而扩张下去，不过，它的扩张率逐渐递减，直到到达“零”为止。

在极高密度的“虚无”大爆炸之后，最初的三秒钟内，温度高达一千亿K（1, 000,000,000 Kelvins ──寇温是英国物理学家开尔文爵士Lord Kelvin 创立的绝对温度度数，它的零度相当于摄氏零下二百七十三度（-273 degree Celsius）或华氏零下四百五十九点四度（-459.4 degree Fahrenheit）。
在那么的低温情况下，中子（Neutrons ）就与质子（Protons ，又名正

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子）结合，形成了重氢核子（Deuterium Nuclei），这些又旋即结合而形成的氦核子（Helium Nuclei），这些全部形成过程，只需时间几分钟即可完成。

形成多少份量的这两种核子，端视初期的宇宙中心密度而定。密度愈大，形成的氦核与重氢核愈多，这是“大爆炸学说”的要点之一，已经获得天文学观察的证实其理论符合现象。
在一九四零年末期，劳夫·敖佛（Ralph Alpher）与罗拔·赫曼（Robert Herman）两氏，首先宣布发现微波辐射（Microwave Radiation） 弥漫于宇宙各

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处，两氏是在研究“宇宙大爆炸”的元素形成，发现大爆炸所产生的微波辐射，至今仍可察见于宇宙各处。

一九六五年，美国贝尔实验所（Bell Laboratory）的两位科学家，阿模·潘齐亚（Amo Penzias）与罗拔·威尔逊（Robert Wilson）在追查来自外太空无线电波干扰；发现了宇宙微波辐射的微弱回音（详见拙着“太空科学核子物理学与佛理的印证”一书，此处不赘），证实了前述两氏的大爆炸余波弥漫之说。
“宇宙大爆炸学说”虽经多方的科学家证实合理，但是，也并非毫无缺点。它的最大的疑问，就是在于宇宙大爆炸一刹那之时的“独一存在”（Existence of a Singularity at the instant of Big Bang） 阶段的“物理性质”（Physical Nature）究属如何？该阶段的物质密度，压力与温度，都是无限大的（Infinite），没有一种已知的物理学定律可以适用于解释它！而这一阶段，正是时空发生的开始，也是物理发生之始。
而且，大爆炸学说模型，认为宇宙从大爆炸开始，就即以物理均等的方式扩展，而形成各处皆一致的物质。这一点，在形而上哲学来看，也是不无疑问的。
另外也还有一些次要的疑问，一九八一年，美国麻省工学院（Massachusettes Institute of Technology）的青年物理学家阿伦·古斯（Alan Guth）就创立了“宇宙膨胀泡泡学说”来推论宇宙在形成初期发生短暂的奇特泡泡形成现象（详见上文所提拙着）。
右图是宇宙“大爆炸学说”与“膨胀学说”的比较图解 ：

（古斯的“膨胀学说”另译为“暴胀学说”）
古斯博士提出了第一个谜团，就是有关所谓：“扁平问题”（Flat Problem），该一理论，是在过去十年普林斯顿大学（Princeton University）的两位物理学教授罗拔·狄克（Robert Dicke）及
詹·皮保斯（Jim Peebles）所倡言的。
所谓“扁平问题”就是：根据天文观测的发现：被观测的宇宙之内，物质密度是大约在“临界密

度”的十分之一以下，一般的观测研究与理论研究，数学研究指出，在宇宙内的霸子（音译 Baryons,有时译为卑子，这是一种次原子微粒，透过“核子强力”而反应，）；其密度是临界密度的百分之四至百分之十之间。在原则上来说，物质的密度是那么稀薄，它接近临界密度的机会是很微的。
从这样的观测计算，那么我们的宇宙就是几乎扁平形的了。物理学家仍然致力于追寻根底。到底它是否扁平形的。这个“扁平问题”，是当前天文宇宙学家，数学家与物理学家都非常关切的问题。
假若我们的宇宙的宇宙现况是密度在百分之十以下，而又呈扁平形，那么，又有更多的疑问产生了！在大爆炸后一秒钟，宇宙的一部份在105秒，及在10-31秒之际，可能是扁平的，这一段时间，是公认的“总统一阶段”“Grand Unified Epoch”，其时，核子强力，核子弱力，电磁力等都还结合在一起，而宇宙的一部份又可能在1050秒之际是扁平的。物理学界对于这些扁平现象及时间，尚未找到满意的解释。
另外有些科学家指出，宇宙在大爆炸的开始刹那，就是扁平形的，因此，倘若它在1050秒乃至10-35秒都呈现扁平，也不足为异。
另一个疑问谜题，就是所谓“地平线问题”（Horizon problem），这是物理学家窝富刚·赖德勒（Wolfgang Rindler）在一九五六年提出的。
要了解这一个所谓“地平线问题”，我们首先得再检验一下大爆炸学说的标准模型之中最不普为人知的特色：那就是──宇宙有两个大小（体积）。第一个体积是宇宙的年龄（以英文字母t代表之）乘光速（以英文字母c代表之）的乘积，写成方程式就是：h = c x t这是根据光速最快最大的理论 而推论出来的。
我们无法旅行超光速的速度，因此无法直接获得超越地平线以外的任何资料。换言之，我们无法看到地平线后面的宇宙情况，地平线是我们可观测宇宙（Observable universe）的边缘。
今日的新科学已发现宇宙内，光速并非绝对最大的速度。此一话题，暂不在本

文讨论之列，因为势非详论难以说明，尚容另文讨论。
但是即使以最新的“光速非最快”发现而言，上述的“地平线问题”依然存在，因为我们连光速都追不上，何况超光速？而且，就是再新式的天文观测仪器，包括了电子及无线电波天文观测仪在内，亦很难在地球表面上越过地平线的障碍，除非把观测仪装设在深入太空的卫星 或太空探险船上。但是，它虽可超越地球表面的地平线，却仍然难以超越宇宙的地平线，因为宇宙的形状，无论是扁，是圆，也都有一个极终的边缘，若无超光速航行，很难窥见它的遥远地平线后面的景色。
在大爆炸学说 的标准宇宙模型，有一个很重要的宇宙规模因子，以英文字母R代表之，在“封闭的宇宙”（即是有极限的之意），R是宇宙的半径（见图），可

以圆形半径比拟之。但是在无极限的扩散宇宙（又称开放宇宙），因为宇宙既是无限大，R也是无限大，不可测量。
当代的科学界，显然较为安于有限的“封闭宇宙”观念，因为天文观测站收到从宇宙各方向射来的无线电波，最遥远的各距离，都相近或相等，他们推论显然是因为宇宙像是气球一般也有极限的边缘面，将无线电波反射回来，像回力球给墙弹回来一般（详见上述拙着）。采信“封闭宇宙”观念，问题就简单得多。
在“封闭宇宙”之内，光子“Photons”的数量，并不因宇宙的扩张或收缩而致于有所增减，这一点我们首先必须知道。
假使宇宙的半径减短了两个系数（Factor of 2），那么，在光子与另一光子之间的平均距离，也随之而减少了两个系数，于是，全部光子就是给关置于缩小了八个系数（Factor of 2）的容量之内，（容量volume的比例这R3）。
当宇宙扩张之时，“地平线距离”（h）的增加，远比宇宙半径(R) 快。反过来说，时间倒回去，则“地平线距离”缩短亦快于宇宙半径。
当前科学估计，我们的宇宙内的光子数量大约有1078个之多，倘若全部1078个光子都可以观测得到，那么，地平线的大小必然等于宇宙半径（h = R）。
倘若我们从“现在”倒回去宇宙中心大爆炸的时期，能见的就越少，因为只能看见在我们地平线以内的光子。
根据这一简单原理，我们可以计算出来，在“大爆炸”后的第一秒钟之时，“宇宙地平线距离是10 = 9R，其时只有1060万个光子可让我们看见，跟1078万比，是少很多了。

再倒回去看时间，在大爆炸后 1035 秒之时，h大约是：1027 k，那时候，只有大约 一百万个光子可给我们看见于地平线之内。
再倒回去看时间，回到大爆炸后10-43 sec秒之时，则在地平线内，全无光子可见！
这样推算下去，回到“大爆炸”的伊始，彼时的初期宇宙全部的光子都在地平线距离后面外面，根据物理学法则，在地平线以外，质点（Particles）与第一质点不能交换资料，换言之，就是，在“大爆炸”伊始的宇宙，所有的质点均是不能互相沟通的（incommunicado）。而且，无法彼此修正“不规则现象”（irregularities），再换言之，即是早期的宇宙并不可能是物理上一致均等的(Isotropic)。
毋宁说应该是很混乱不规则不一致的情况，是到后来才渐渐一致化。
持这种看法的科学家们，演创了“最大或然率原则”（Principle of Greater Probability） ，来解释宇宙初期。不过，此一学说走进了死巷。因为，宇宙并未途径在形成之后来划一化物理。理由是，质点与质点之间距离若大于“地平线距离”。就无可能彼此产生相互作用（interaction）。在“大爆炸”刹那之后，不可能彼此感应而修正不规则现象。
可是，我们观察到的宇宙，就观察所及的部份而言，它是物理上均等一致的，这就令人费解了！这个“地平线问题”，引起了新的疑问：“为什么宇宙现在不混乱？”
苏联的著名太空物理科学家雅可夫·焦多维茨（Yakov B. Zeldovich）博士对此问题提供的答案是：“宇宙从一开始就是物理上均等划一的”。
假若我们采信焦氏的推论，那么一切的问题就简单，甚至不发生问题了，连这个所谓“地平线问题”也不能成立了。
照焦氏一派科学家的看法，在“大爆炸”发生刹那，质点是尚未能互相作用的。互相作用是使到宇宙物质在物理上均等划一的。这种作用要到宇宙大爆炸后膨胀扩张才因接触而发生 ，把物质划一化。
可是，这个答案显然并无说服性，大多数科学家都对之表示怀有疑问。
在进一步讨论之先，我们必须先了解当前尖端科学的困惑谜团，上面提到两大太空物理难题，就是为此。
当今科学界重视的“宇宙膨胀学说”，既有美国麻省工学院物理学家古斯于一九八二年提出的“膨胀学说”，科学界通称之为“老膨胀学说”，又有苏联苏维埃科学院（Soviet Academy of Science）太空物理学家林德（A. Linde）于一九八三年提出的“膨胀学说”，科学界通称之为“新膨胀学说”。另外，还有美国宾夕凡尼亚州立大学（University of Pennsylvania）的物理学家安迪·阿布力（Andy Albrecht）与保罗·史丹哈特（Paul J. Steinhardt）两氏提出的“超级等称结构”(Supersymmetric) 原始初发（Primordial）宇宙膨胀学说。（详见上提拙着各文）。
很流行玩一种巨大的：“月波”（Moon Ball），那是一只巨大的气球，大

约有十多英尺的半径，青年人喜欢在海滩上推动这只“月波”奔跑，或在海水中推玩它。当你身体贴爬在巨大的“月波”上，你感觉到这支巨型气球的“球面”是圆的弧形的。温哥华的小山公园顶上，有一座球状的全部玻璃温室，内植热带花草，你若攀登球顶，也仍感到球面的圆形，但是，不会像“月波”的球面那么显著。温哥华八六年世界博览会的标志，是一座巨大的圆球玻璃建筑，你若攀登顶上， 也仍感到球面的圆形，但是，不会像“月波”的球面那么显著。
温哥华八六年世界博览会的标志，是一座巨大的圆球玻璃建筑，你若攀到顶上，会不大感到它是球面，只觉到有微微的弧形，如果你是一只小蚂蚁，爬到那顶上，你会完全感觉不到它是球面，你会感觉到它的表面是平坦的。倘若你把这座圆球放大或膨胀了几千几万倍，你会认为它的面是平坦的，倘若将它膨胀系数增大到为1040以上，你在它的圆面上所见，就是一望无际的大平原，地平线的边缘，是那么遥远，你穷极目力，也看不到它了，也看不到它后面的情景了。

了解这一点以后，我们就可以接受古斯博士所提出的“宇宙膨胀学说”，他认为宇宙是一个大泡泡或是大气球形状，越膨胀得大，球面越呈现扁平──当然，这 是就我们渺小的人类尺度观点而论。若以超级巨大的眼光看它，也仍是球面的。
古斯认为，宇宙大爆炸后10-35秒，就开始膨胀，直到1030秒为止，膨胀越大，球面越扁平。
宇宙在未膨胀之前，他的物质密度，且不去管它。但是，在膨胀之后，密度必定增大，宇宙膨胀到球面呈扁平之时，密度就增到极大的“临界密度”（Critical Density）。
在标准的旧大爆炸学说模型，大爆炸后的10-35sec 秒钟，地平线不大，大约小于宇宙当前的规模系数（Scrle Factor）的1027倍，所以，质点没有可能发生相互作用。反过来说，倘使“地平线”是大了1027倍，或是规模系数小了1027倍，那么就不会有上述的“地平线问题”出现了。古斯的“新膨胀学说”， 与“旧膨胀学说”不同之处，是新学说认为“规模系数”比“地平线”为小，因而所有的质点都可以相互沟通而改进，成为一致化。新学说的优点，就是一举而消除了上述的“地平线问题”与“扁平问题”两大疑团，为宇宙物质的物理结构上一致化提供了一种勉强的解释。
不过，这解释是否令人满意呢？ 当然不是。
新旧膨胀学说都无法解释，质点之间是如何相互作用的， 这仍是物理学至今的一个难解的谜。
参考网址：http://baike.baidu.com/subview/2496/7952296.htm#7_2

Answer 4

想要了解宇宙究竟有多大，请你试着将一枚硬币放在你的面前。假设这枚小小的硬币就是我们的太阳，那么另一颗代表距离太阳最近的恒星：比邻星的硬币就应当放在大约563公里之外。对于生活在中国的读者而言，比如上海的读者，这第二枚硬币几乎要摆放到山东或安徽省境内，而对于一些小国的居民而言，这颗硬币可能都已经放到外国去了。
　　而这仅仅是太阳和距离它最近的一颗恒星而已。当你试图模拟更大范围内的宇宙空间时，就会麻烦的多了。比方说，相对于你的那颗硬币太阳，银河系的直径将是大约1200万公里，这相当于地月距离的30倍。正如你所看到的，宇宙的尺度是惊人的，几乎没有办法用我们生活中所熟知的距离尺度加以衡量。
　　但这并不意味着人类丈量宇宙的梦想是遥不可及的。天文学家在长期的工作研究中已经找到一些行之有效的方法去测量宇宙的尺度。以下我们将向你呈现有关的内容：
　　1 宇宙的尺度

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我们并非居于宇宙的中心，但是我们确实居于可观测宇宙的中心，这是一个直径约为930亿光年的球体
　　这个星球上没有人知道宇宙究竟有多大。它或许是无限的，也或许它确实拥有某种边界，也就是说如果你旅行的时间足够长，你最终将回到你出发的地方，就像在地球上那样，类似在一个球体的表面旅行。
　　科学家们对于宇宙具体的形状和大小数据存在分歧，但是至少对于一点他们可以进行非常精确的计算，那就是我们可以看得多远。真空中的光速是一个定值，那么由于宇宙自诞生以来大约为137亿年，这是否就意味着我们最远只能看到137亿光年远的地方呢？
　　答案是错误的。有关这个宇宙的最奇特性质之一便是：它是不断膨胀的。并且这种膨胀几乎可以以任何速度进行——甚至超过光速。这就意味着我们所能观测到的最远的天体事实上远比它们实际来的近。随着时间流逝，由于宇宙的整体膨胀，所有的星系将离我们越来越远，直到最终留给我们一个一片空寂的空间。

Answer 5

前不久，美国科学家在一家杂志上撰文说，假如你能以光的速度，即每秒186000英里去太空旅行，那么，从地球到太阳，你将要花8分钟。接着，从太阳到银河系中心，将要花上33000年。而银河系只是20个银河系星团中的一个，要穿越整个银河系星团，又得花200万年。然而，银河系星团只是巨大室女座星群中超星群的一部份，要穿越它们，就得花上5亿年，如果以光的速度继续在太空中旅行，要进入到宇宙的深处，科学家预算大约要200亿年。
可想而知，宇宙是浩渺无穷。