搜索
查看: 11475|回復: 21

宇宙有多大 ?

 關閉 [複製鏈接]
發表於 2011-6-24 17:17:33 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 mca 於 2011-6-25 02:24 編輯

有人說宇宙半徑 137 億光年,有說 460 億光年,更有說 780 億光年,究竟宇宙有多大呢 ?

其實答案全是觀點與角度,定義不同,答案也眾說紛揉。

A 派的答案
如果宇宙半徑指 "地球能夠見到最遠的光子距離",答案會是 137 億光年,因為主流理論說宇宙最初是一奇點 (怎樣奇 ?  無可奉告),之後它不斷膨脹,到現在已經歷 137 億年,宇宙初開時的光子已遠離我們 137 億光年了,一些人稱這 137 億光年距離為宇宙粒子視界 (cosmic particle horizon)、宇宙光視界 (cosmic light horizon)、宇宙視界、可見宇宙視界 .....  總之,沒有一致的名詞, 137 億光年就是我們可見的宇宙半徑。

B 派的答案  
另一派說,在 Big Bang 後的 137 億年歷史中,有部份宇宙空間的膨脹率快過光速,因此宇宙大小的定義應該是 “空間從奇點擴展到現在的半徑”, 如果空間擴展的範圍由地球中心起計,這個半徑一定大過 A 答案的 137 億光年,換言之,B 答案的所謂 "宇宙半徑" 應該大過 137 億光年。

那麼到底比 137 億光年大多少呢 ?  有說 460 億光年,780 億光年  .....,其理何在 ?  這要問答者了,反正所有答案都係 "一味靠估"。


通識參考
http://www.cfa.harvard.edu/seuforum/howfar/HowBigUniverse.pdf
發表於 2011-6-25 02:45:01 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WFC-3 於 2011-6-25 03:42 編輯

Hi Alan,關於宇宙有多大的問題,我寫了一片文章跟大家一起分享,當中也包含一些個人
的想法。

狹義相對論指沒有東西行得比光速快,根據最新的數據,宇宙年齡為137億年,理論上宇宙大小不會比137億光年大,因為沒有東西能跑出137億光年以外的範圍,然而天文學家卻能觀測相反方向137億光年的天體,於是宇宙的直徑就有274億光年,天文學家必定認同相反方向傳來的微波背景輻射CMB是來至同一個宇宙,但為何宇宙廷身至比137億光年遠的距離?這就是宇宙學的視界問題。


天文學家有時所說的宇宙大小是指宇宙可觀察的範圍,即可觀察宇宙(Observable Universe),正確的答案是半徑460億光年,而不是137億光年,460億光年跟宇宙年齡一樣,是根據天文學家測量遙遠Ia型超新星的距離和CMB的資料,確定宇宙膨脹的速率的快慢而定,是考慮了暗能量令宇宙膨脹加速造成的影響。

置於宇宙真正有多大,天文學家一直都說這個問題實在難以解答,只能說可能是有限大或是無限大。

宇宙學家說137億光年是錯誤的,其實還另有原因,宇宙不是誕生自時間空間的某一點,而是時空跟宇宙一起誕生,於是我想到若宇宙的四維時空是有個起源的,它的大小必定是有限大的,剛誕的宇宙是個封閉的時空泡沬,宇宙的大小是由宇宙的膨脹速率所決定的,宇宙膨脹得愈快,宇宙的尺度就會愈大,例如來至137億年前的光子,發射源在137億年前與我們近在咫尺,現在已因空間的膨脹退行至460億光年遠的距離(這忽略宇宙38萬歲之前的電離狀態)。

粒子物理兼宇宙學家古斯(Alan Guth)提出的暴脹理論(Inflation Theory),認為大爆炸(Big Bang)並不是宇宙的起點,大爆炸之前宇宙經歷過一次超光速的暴脹期,在10的負34次方秒內膨脹了至少10的26次方倍,暴脹在基本粒子形成的一刻即大爆炸時期減緩,宇宙的減速膨脹一直持續至50億年前,期後再度輕微加速。

暴脹理論一直廣被科學界接受,因為很多天文觀測結果都與暴脹理論吻合,它就其解釋了宇宙學的視界問題和平坦問題,似乎很難找到取代他的另類理論。

Alan Guth後來根據廣義相對論和量子力學的計算結果,顯示整個宇宙不可能均勻地發生暴脹和大爆炸,暴脹會在宇宙局部地區停止或持續發生,這暗示在可觀測以外的宇宙某些地方今天仍然發生超光速的暴脹,暴脹只是在我們所見的區域結束了,但他不肯定整個暴脹宇宙是否有起點和終結,他希望弦理論(String Theory)能解答這個問題。

所以綜合以上種種,回答關於宇宙大小的問題,可歸納如下:

1.在可觀測的哈伯半徑(Hubble Radius)460億光年以外遠10的26次方倍的宇宙,可能存在某類邊界,這是宇宙中不同相的邊界,就像海上的浮冰,我們所處的浮冰內充滿星系稱為「真真空」(True Vacuum),以外便是更大的暴脹宇宙,整個暴脹宇宙產了無數個大爆炸浮冰宇宙島,暴脹的區域今天仍處於基本粒子未形成的過冷(Supercooling State)的「假真空」(False Vacuum)態。

2.假如暴脹宇宙是「無始無終」的,宇宙就是無限大的。

3..假如暴脹宇宙是「有始有終」或「有始無終」的,宇宙就會是有限大的,由於暴脹實在太快,空間會以極速擴大,
結果宇宙真正大小會是極大的天文數字,可以比Observable Universe大上100個數量級以上。

WFC-3
 樓主| 發表於 2011-6-25 21:50:35 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2011-7-21 22:52 編輯

謝謝你的分享,我也講講個人的觀點。

如果有人問我 宇宙有多大,我會給兩個答案任君選擇,
一個叫 "宇宙視界" (計算值是 137 億光年),
另一個叫 "已知宇宙半徑" (依據 WMAP 提供的資料約為 460 億光年),
見下面示意圖:

      


不過我不會把 圖中的 "460 億光年" 解為 "可觀測的宇宙半徑" 或 "可觀測的哈伯半徑",當然這只是我個人觀點。

某些人取巧說他可以見到 "超光速" 的星系,其實就是指上圖的 M,正確說法應該是:

他可以見到 現時超光速的 M (Not observable 位置 2)
在 137 億年前的影像 (Observable 位置 1)。
  
  

Alan

Ps  WMAP 提供的資料在
http://lambda.gsfc.nasa.gov/prod ... r_basic_results.pdf
(Page 39 列出的 14116  Mpc 約等於 460 億光年)

------------------
(補充)
我的整體印象就是 :  以 WMAP 提供的資料為據,目前已知的宇宙半徑 (即由 Big Bang 擴展到現在的空間半徑) 是 460 億光年,其中前段的 137 億光年範圍是可以觀測的,後段 (137 至 460 億光年) 是未能觀測的,只好靠主觀意識去理解了,至於在 460 億光年以外的所謂 “10 的 26 次方倍的宇宙”,更玄 !  它已超出我的想像能力。

Alan
 樓主| 發表於 2011-6-26 14:32:40 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2011-6-28 14:49 編輯

大家有沒有留意到,當涉及 "宇宙有多大 ?" 這個長久的疑難時,HubbleSite 網站都不會正面回答"距離" 數字,它只說哈勃太空望遠鏡最遠可以看到 Big Bang 開始後 xxx 百萬年的宇宙。




這說明什麼呢 ?  就是 "宇宙有多大 ?" 仍然沒法答得準,到現在多數人都認同宇宙年齡 (指 Big Bang 模型的宇宙年齡) = 137 億年,這個數值曾經歷大半個世紀才修正到此地步,但究竟這 137 億年膨脹代表多大的宇宙範圍呢 ?   至今還未有成熟的答案,較接近的答案可能是 WMAP 提供的 "460 億光年半徑",但 WMAP 沒有 define 這就是宇宙的大小 !   請留意宇宙論的數字向來都是多變的,舊理論的缺陷浮現時又有修補理論提出來,以前得到的舊印象便有大改變,我記得 2004 年主流仍說宇宙傾向封閉型 (膨脹後再收縮),因為宇宙密度參數  Ω > 1,近年則改說宇宙是近乎平直的,因為  Ω = 1.02 ± 0.02,

簡見  http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/astro/denpar.html
詳見  WMAP 網址  http://lambda.gsfc.nasa.gov/prod ... r_basic_results.pdf

            


未來十年的答案變化可能更大。
發表於 2011-8-14 18:18:04 | 顯示全部樓層
宇宙 size(or 半徑?) =
46 billion light-years × 10的26次方倍(・・?

那裡就有某類邊界?
是怎樣旳邊界呢(・・?
發表於 2011-8-14 18:33:38 | 顯示全部樓層
本帖最後由 Zubenelgenubi 於 2011-8-14 18:37 編輯


Einstein:Do you really think the moon isn't there if you aren't looking at it?



Bohr, in response:Einstein, don't tell God what to do ><“


其實呢啲數據應該只可以作為參考之用,絕對唔可能當成實數!
量子力學亦只係從假設裡得到正確的結論,理得佢宇宙真係有幾大呀(~_~メ)
地球有幾大,我都唔係咁Care嫁   ╮"  ╯_╰╭"
 樓主| 發表於 2011-8-14 18:49:43 | 顯示全部樓層
本帖最後由 mca 於 2011-8-14 18:53 編輯

回應 #6 (其實這討論有點哲學)

我頗有同感,很多 "認為" 都是先從假設,後來計數得出來的結果。數學只是眾多知識中的一種工具,工具不等於宇宙的真理,可惜我不知 "真理" ,只好暫時相信計算的結果直至被新的發現取代。

不過咁,你吾 care 地球有多大係你嘅事,人地 care 呀。
發表於 2011-8-14 19:01:00 | 顯示全部樓層
咁我又唔可以完全唔care嘅!
只係無需下下掛係口邊:地球半徑 6378.137 km(講出籬,都想像唔到啦)
發表於 2011-8-14 20:35:27 | 顯示全部樓層
本帖最後由 WFC-3 於 2011-8-14 20:39 編輯

回復 6# Zubenelgenubi

我也覺得「宇宙起源」跟「宇宙大小」一樣,你理得宇宙如何開始?怎樣開始呀?

不過你唔Care,科學界還很care吧!

10^26只是一個猜測性的數,準確數字無法確定,也有可能達10^30數量級,依據天文學家所觀測到宇宙的行徑和現象,假如暴脹是正確的,宇宙必定比望遠鏡所能見的地方大上無數倍。

是甚麽邊界?
WFC-3在上文寫道:

在可觀測的哈伯半徑(Hubble Radius)460億光年以外遠10的26次方倍的宇宙,可能存在某類邊界,這是宇宙中不同相的邊界,就像海上的浮冰,我們所處的浮冰內充滿星系稱為「真真空」(True Vacuum),以外便是更大的暴脹宇宙,整個暴脹宇宙產了無數個大爆炸浮冰宇宙島,暴脹的區域今天仍處於基本粒子未形成的過冷(Supercooling State)的「假真空」(False Vacuum)態。

此理論應認不是整個宇宙也充滿星系吧!
發表於 2011-8-15 00:14:04 | 顯示全部樓層
本帖最後由 Zubenelgenubi 於 2011-8-15 02:56 編輯

其實人們思索宇宙大小的情義結,同當年航海家要駛至天邊海角一般,似乎亦係心理學旳一種表現。今天回看大地只不過是處處接在一起,原來當天要走到世界盡頭的想法,似乎是有點傻。



有說無限大和無限小,是相連的,那才是精髓。
但其實宇宙大小又未必如大家一廂情願所想:盡是三維的無限延伸,因為極可能在無限處是沒有意義的,相反可能是更高次元的表現。String Theory算出,這毎宇宙起碼都有十一次元之階,那比較比尋找和想像限無大的三維世界有意思得多了 ><“

您需要登錄後才可以回帖 登錄 | 申請討論區帳戶

本版積分規則

手機版|Archiver|香港天文學會

GMT+8, 2021-7-25 20:26 , Processed in 0.010931 second(s), 16 queries .

Powered by Discuz! X3.4

© 2001-2013 Design S!|平潭

快速回復 返回頂部 返回列表