科學家發現:地球位于可觀測宇宙正中,這真的只是巧合嗎?

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  無論是百度還是維基,我們搜到的宇宙大小都是930億光年,無論從地球的任何方向上觀測,宇宙的半徑大小都是465億光年,地球居然剛好在宇宙的正中!難道冥冥之中,真是上天的安排嗎?

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  從地心說開始認識宇宙

  天圓地方是人類對世界的理解,古代的先賢們通過觀測斗轉星移得出地球處在宇宙的中心論,而古希臘偉大哲學家亞里士多德和托勒密則將其發展成了統治了人類思想數千年的"地心說",從眼見為實的角度來看,地球確實是宇宙的中心,因為整個天空都圍著地球轉動。

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  但這個完美的理論中存在著一個巨大的漏洞,因為觀測到四大行星居然會逆行,但由于地心說和教會的上帝創造宇宙理論非常貼合,所以即使有錯也依舊流行了一千多年,一直到哥白尼的發現而提出了日心說,此后行星運動定律的發現,還有望遠鏡的發明,都間接或者直接的證明哥白尼太陽中心理論的正確性!

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  但隨著天文學家對銀河系認識的加深,發現太陽系不過是銀河系中數千億個恒星系中的一個,而且讓人大跌眼鏡的是太陽系并非在銀河系的中心,只是在距離銀心大約2.6萬光年處的獵戶座懸臂邊緣,假如將整個北京城比作銀河系的話,那么地球所處的位置至少也是三環以外了!

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  宇宙那么大,都不知道有幾億環,三環算得了什么?但據此認為地球還算中心的話,那就大錯特錯了,1965年宇宙微波背景輻射發現,使得在大尺度下測量星系的運動成了可能,1977年美國勞倫斯伯克萊國家實驗室的喬治·斯穆特等人利用宇宙微波背景輻射有沒有偶極異向性來測量銀河系的運動,結果發現銀河系的運動速度約為600千米/秒!

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  而它的運動方向則是1988年天文學界發現的一個銀河系臨近400多個橢圓星系的引力中心、距離銀河系約2.5億光年的巨引源,但這個位置在被銀心附近大量恒星和塵埃遮擋,天文學界一直搞不清楚這個位置為什么具有如此強大的引力!不過你也無需擔心銀河系有一天會掉進這個巨引源,由于宇宙膨脹,巨引源遠離銀河系的速度高達4000多千米/秒!

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  紅圈處即為巨引源

  宇宙有多大?它到底有沒有中心?

  這個問題一直以來都是天文學家想知道的,但一直到1920年代為止,我們的認識僅僅局限在銀河系內,直到哈勃通過造父變星的光變規律測定出了仙女星系至少遠達110萬光年,使得天文學家突然發現好多看起來在銀河系內的星云好多都是更遙遠的星系,但想要通過測量星系的距離來獲得宇宙的大小,顯然是徒勞的,因為有遠的還有更遠的,達到了望遠鏡觀測極限,還需要更大的望遠鏡!無窮無盡,所以必須要有理論突破!

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  宇宙大爆炸論揭示的宇宙

  上文中我們提及了宇宙微波背景輻射,這是勒梅特的大爆炸論的現實證據,除此以外,還有兩個證據比如宇宙膨脹已經被勒梅特和弗里德曼通過推導愛因斯坦的引力場方程得到,而哈勃則通過觀測證實了宇宙確實在膨脹中,而且越遠的星系退行速度則越快!

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  此后對于宇宙誕生時的原初物質比例分布與大爆炸后的太初核聚變反應,也指向了宇宙在很久以前可能發生過一場難以想象的大爆炸,此后的微波背景輻射發現則讓這個理論走向了實錘!通過觀測宇宙微波背景輻射,再加上宇宙膨脹的速率,推算出宇宙的大小大約930億光年,但光學可觀測宇宙并沒那么大,因為宇宙微波背景輻射是光學觀測極限,更深入的發現要到中微子和引力波探測技術才能直達大爆炸的核心。

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  越過微波背景輻射的大爆炸核心,就是全部的宇宙了嗎?

  到現在為止的技術,宇宙微波背景輻射內的宇宙就是我們看到的所有,但天文學家顯然不滿足于于此,因為之外的世界就是大爆炸后到38萬年宇宙膨脹的距離,是可以計算出來的,但宇宙真的就只有這么大嗎?

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  如何測量宇宙的大小

  直接測量顯然是不可能的,測量空間曲率,不同的曲率下宇宙形狀可能是一個封閉的球體,即使再大它也有一個有限的空間大小,也有可能是雙曲的無限空間,還有可能是一個平坦的無限空間!為什么宇宙的形狀可以用這個參數來定義呢?

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  天文學家提出這幾個模型是有理由的,1916年愛因斯坦廣義相對論引力場公式發布后,1917年就被應用在了宇宙學上,其中上文提到的蘇聯物理學家弗里德曼勒梅特的早期推導,H.P.羅伯遜和沃爾克分別于1935年和1936年證明的弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規,就從廣相引力場公式中推導出了宇宙的幾種形狀,其中有一個決定宇宙形狀的關鍵參數空間曲率K,它的取值決定了宇宙的形狀!

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  弗里德曼-勒梅特-羅伯遜-沃爾克度規

  空間曲率不好測量,因此天文學家用宇宙平均密度和臨界密度相比來代替這個參數,它也可以輔助弗里德曼方程中推導出來的宇宙到底膨脹還是靜態、以及坍縮,因為弗里德曼方程中的宇宙在絕大部分條件下是膨脹的,而現代宇宙仍然在膨脹中!

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  而根據多個探測器對宇宙微波背景輻射觀測以及計算的結果,宇宙的臨界密度幾乎就和平均密度相等,宇宙在大尺度上是平坦的,這意味著宇宙在空間比例上是無限的!這直接打破我們的認知,從可觀測宇宙930億光年看來已經大得超過我們的想象了,但天文學家的測量結果直接毀了三觀!

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  為什么看起來我們會在宇宙的中心?

  簡單的說,我們所觀測到的宇宙很有可能就是某個角落,比如說處在一個撒哈拉大沙漠之中,目力所及都是漫漫黃沙,那么請問我們能發現自己處在沙漠的邊緣還是中心呢?就像人類認識地球一樣,在地球上無邊無際的平坦地面,但到了太空,發現平坦的大地不過是一個球體!

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  觀測技術的極限給了我們一個錯覺,認為我們正處在宇宙的中心,但非常可惜,所謂的宇宙中心只是井蛙之識而已!

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