打开

如果把宇宙浓缩成地球那么大,那么地球相当于多大的物体呢?

subtitle
明月分享时 2021-02-27 09:42

大家知道,我们所居住的地球,其半径大约为6371公里,体积大约在10^12立方千米的级别,地球的尺寸在太阳系的行星中,属于中等偏下的地位。在当前科学技术以及交通能力之下,以我们人类的视角感觉地球还是非常大的,从一端到达另一端即使坐上飞机也得需要十几个小时的时间。而地球所处的太阳系的直径,按照有效引力范围保守估计也有2光年,也就是说达到了日地距离的10多万倍。

打开网易新闻 查看更多图片

而太阳系是银河系中非常普通的一个恒星系,整个银河系中恒星的数量可以达到数千亿颗,所以银河系的范围也相当庞大,直径达到20万光年。不过,即使是如此庞大的银河系,在整个可观测宇宙中,也几乎可以忽略不计。有人脑洞大开,想象如果将宇宙浓缩成地球那么大,那么同比例缩小之后地球到底有多大呢?要解决这个问题,得首先明确这个“宇宙”的范围到底有多大,然后运用数学比例公式就很容易解决了。

可观测宇宙范围的确定

关于宇宙的尺度问题,其实于20世纪初,爱因斯坦通过广义相对论对其进行了初步的界定。在此之前,人们普遍认为宇宙是静态的,宇宙的整体表现是各向同性,没有边界,星体的运动都是按照一定的规律进行的相对运动。为了更为精确地表述宇宙这种静态的特征,爱因斯坦在引力场方程中引入了宇宙常数,用以抵消万有引力对天体的影响,从而实现静态平衡。

到了20世纪20年代末,美国科学家哈勃利用天文望远镜,观测到了宇宙红移的现象,即距离地球很远的河外星系所发出的光,在地球上的观测结果,显示出光谱向红端移动,而且距离越远,红移现象越明显。通过多普勒光谱效应,表明这些发出光线的星体,其实正以一定的速度远离地球。爱因斯坦在亲自观看到这种现象时,不得不承受这种星体的运动趋势,从而将引力场方程中的宇宙常数删除(后来随着科学家们对暗能量研究的逐步深入,宇宙常数又得以回归)。

与此同时,哈勃还通过系列的观测,得出河外星系相对地球的退行速度,与其和地球之间的距离成正比,这个比值被定义为哈勃常数。2013年,欧洲航天局利用普朗克卫星,精确测量出哈勃常数的数值为67.8±0.77(km/s)/Mpc,表示在距离地球1Mpc(一百万秒差距,326万光年)处,目标区域相对于地球的退行速度为每秒68公里左右。

在此基础上,科学家们设想出,宇宙膨胀必须有一个原始的起点,即在若干年以前,现有宇宙中的所有物质,都来源于一个奇点,这个点体积无限小、质量无限大、能量无限高,在此点之外没有时间,也没有空间。在量子涨落的作用下,在某个瞬间,奇点发生大爆炸,“炸”出形成了整个宇宙。科学家们根据La超新星爆发、宇宙微波背景辐射等观测的结果,推测出了从宇宙大爆炸至今,一共经历了138.2亿年的时间,也就是说宇宙的年龄为138.2亿年。在宇宙膨胀对空间尺度的积累效应下,可观测宇宙的半径范围目前也限定在了465亿光年。在这个范围之外的光线,由于膨胀的积累速度已经大于光速,因此我们再也观测不到了。

可观测宇宙与地球的类比

如果以可观测宇宙作为现有宇宙的全部,那么我们就可以将可观测宇宙的半径与地球的半径相除,再用地球的半径除以这个比值,即能得到问题中的答案。

由于1光年的距离约为9.46万亿公里,因此,可观测宇宙的半径约是地球半径的465亿*9.46万亿/6371=5.4*10^19倍。

那么,按照可观测宇宙的“浓缩”比例,地球的直径也将浓缩至原来的1/5.4*10^19,也就是现有地球将是浓缩后地球直径的54亿亿倍。如此看来,“浓缩”后的地球直径,仅为12742000/(5.42*10^19)=2.3*10^(-13)米,这是一个多小的概念呢,我们可以拿微观粒子来比较一下,电子的直径约为10^(-15)米级别,而原子的直径约为10^(-10)米级别,所以“浓缩”后的地球,要比原子还要小,只比电子略大。

可观测宇宙是宇宙的全部吗

当然不是。我们判定可观测宇宙的范围,仅以光线的传播速度是否达到以地球为中心的宇宙膨胀累积速度来衡量的,实际上,在宇宙中的任意一点,都可以界定一个可观测宇宙范围,所以所有的宇宙空间,即是许许多多可观测宇宙所构成。

我们可以将宇宙的膨胀比喻成“吹气球”,气球吹得越大,那么气球的表面积就会越大,表面的弯曲程度就会减小,如果达到一定规模,那么气球的表面将会变得非常“平坦”。我们所处的宇宙也可以这么理解,科学家们通过监测和计算现有宇宙的曲率,可以间接地来推测整体宇宙的大小。

于是,科学家们在进行大量的精细观测基础上,应用宇宙微波背景辐射、冷暗物质模型、重子声学振荡等技术,综合分析得出现有宇宙仍然存在非常非常微弱的弯曲这种结论,继而认为宇宙是在一个更为宏大尺度上的一个闭合体,其直径大约为可观测宇宙直径的250倍,因此以地球为中心点的话,整个宇宙的直径将是465亿光年的250倍,即23万亿光年。

当然,这里面还有一个问题,就是宇宙在奇点大爆炸的前38万年时间里,由于宇宙空间的整体温度还需要高、压力非常大、密度也非常高,同时正反物质间的湮灭现象非常频繁,无法形成原子核,光子被锁定在了“等离子体”范围之内,这部分的宇宙空间,加上此后的膨胀,到底有多大,我们根本无从得知,因此,上述对于宇宙范围的界定,其中就没有包含这段“永远无法认知的过去视界”所衍生出的宇宙空间。

如果按照宇宙直径是23万亿光年计算的话,将其“浓缩”为地球大小,那么地球再以等比例缩小,则地球的直径尺寸将减少至10^(-15)米级别,也就是和电子的尺寸差不多。

特别声明:本文为网易自媒体平台“网易号”作者上传并发布,仅代表该作者观点。网易仅提供信息发布平台。
帮TA点赞
大家都在看打开应用 查看全部
网易热搜每30分钟更新
打开应用 查看全部
打开