宇宙到底有多大？科学家最新发现宇宙至少比可观测宇宙大250倍

我们周围的宇宙到底有多大？我们可以观察到的东西给了我们一个答案，但它可能比这大得多。牛津大学一组科学家没有采用一种测量方法，而是对所有结果进行了统计分析。通过使用贝叶斯模型平均，它关注模型在给定数据的情况下正确的可能性，而不是询问模型本身与数据的拟合程度。他们发现宇宙至少比可观测宇宙大250倍，或至少有7万亿光年宽。

这张照片被称为极限深场或XDF（占用空间小，启动速度快），它是由10年来美国宇航局哈勃太空望远镜拍摄的一片天空照片组合而成的。图片于2012年9月25日发布。

科学家们以无数不同的方式测量宇宙的大小。他们可以测量来自早期宇宙的波，称为重子声学振荡，它充满了宇宙微波背景。他们还可以使用标准蜡烛（例如 1A 型超新星）来测量距离。然而，这些不同的距离测量方法可以提供答案。

通货膨胀如何变化也是一个谜。虽然920亿光年的估计来自于恒定通货膨胀率的想法，但许多科学家认为通货膨胀率正在放缓。如果宇宙在暴胀期间以光速膨胀，则应该是 10^23，即100六万亿分之一。NASA在2019年概述的对此的一种解释是，暗能量事件可能在大爆炸后的瞬间影响了宇宙的膨胀（占用空间小，启动速度快）。

宇宙有多大？这张插图显示了宇宙如何随着时间的推移而膨胀的各个阶段。

宇宙有多大？这是天文学的基本问题之一。通过寻找离地球最远的可观测点（并且通过扩展，考虑到光速，最古老的点）我们可以估计直径。由于不断发展的技术，天文学家能够及时回顾大爆炸之后的时刻。这似乎意味着整个宇宙都在我们的视野之内。但宇宙的大小取决于许多因素，包括它的形状和膨胀。因此，虽然我们可以估计宇宙的大小，但科学家们却无法给出一个数字。

2013 年，欧洲航天局的普朗克太空任务发布了有史以来最准确、最详细的宇宙最古老光的地图。这张地图显示，宇宙有 138 亿年的历史。普朗克通过研究宇宙微波背景来计算年龄。“宇宙微波背景光是来自遥远和很久以前的旅行者，”美国宇航局位于加利福尼亚州帕萨迪纳的喷气推进实验室的美国项目科学家查尔斯劳伦斯在一份声明中说。“当它到达时，它会告诉我们宇宙的整个历史。”

由于距离和光速之间的联系，这意味着科学家们可以观察 138 亿光年外的空间区域。就像茫茫大海中的一艘船，地球上的天文学家可以转动他们的望远镜，从各个方向观察 138 亿光年，这将地球置于一个半径为 138 亿光年的可观测球体内。“可观察”这个词是关键；球体限制了科学家可以看到的东西，但不限制那里的东西。

但是，尽管这个球体的直径看起来接近280亿光年，但它要大得多。科学家们知道宇宙正在膨胀。因此，虽然科学家们可能会在大爆炸时看到一个距离地球138亿光年的地方，但宇宙在其生命周期中一直在膨胀。根据为福布斯撰稿的伊桑·西格尔【Ethan Siegel】的说法，如果在宇宙的整个生命周期中膨胀以恒定的速度发生，那么今天同一个点距离我们460亿光年，是可观测宇宙的直径成为一个大约920亿光年的球体。

由于宇宙没有以均匀的方式膨胀的可能性，这些估计变得更加复杂。欧空局利用欧空局 XMM-牛顿、美国宇航局钱德拉太空望远镜和罗萨特 X 射线天文台的数据报告了2020年的一项研究，表明宇宙在各个方向上都没有以相同的速度膨胀。该研究测量了数百个星系团的 X 射线温度，并将其与它们的亮度进行了比较。一些星团看起来没有预期的那么亮，这表明它们的移动速度不同。这种对宇宙膨胀的可能不均匀影响可能是由神秘的暗能量引起的。

将一个球体以地球在太空中的位置为中心似乎将人类置于宇宙的中心。然而，就像大海中的那艘船一样，我们无法分辨我们在浩瀚的宇宙中所处的位置。仅仅因为我们看不到陆地并不意味着我们在海洋的中心；仅仅因为我们看不到宇宙的边缘并不意味着我们位于宇宙的中心。

宇宙的大小很大程度上取决于它的形状。科学家们预测了宇宙可能像球体一样封闭，像马鞍一样无限且负弯曲，或者平坦且无限的可能性。一个有限的宇宙有一个可以测量的有限大小；在封闭的球形宇宙中就是这种情况。但是一个无限的宇宙没有定义的大小。根据美国国家航空航天局的说法，科学家们知道宇宙是平坦的，只有大约0.4%的误差范围（截至2013年）。这可能会改变我们对宇宙有多大的理解。

“这表明宇宙的范围是无限的；然而，由于宇宙的年龄是有限的，我们只能观察到宇宙的有限体积，”美国宇航局说。“我们能真正得出的结论是，宇宙远大于我们可以直接观察到的体积。”由于我们观察手段的局限性，确定宇宙的形状提出了进一步的挑战。“就像一个镜子大厅，看似无穷无尽的宇宙可能在迷惑我们。宇宙实际上可能是有限的。当光环绕空间时，无限的幻觉就会出现，也许不止一次——创造出多个图像每个星系，”根据俄勒冈大学物理系的说法。