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宇宙到底有多大?这是一个令人着迷的问题。事实上,宇宙的实际大小是未知的,可能是无限大的。科学家们只能研究我们能够观察到的宇宙部分,即"可观测宇宙"。可观测宇宙是指从地球上能看到或探测到的宇宙区域,其直径约为930亿光年。这个范围是由光从宇宙大爆炸以来能传播到我们这里的最远距离决定的。但请记住,可观测宇宙只是整个宇宙的一小部分,实际的宇宙可能比我们能观测到的大得多,甚至可能是无限的。
为了更好地理解宇宙的尺度,让我们来看看不同天体和距离的大小比较。地球的直径约为12,742公里,而整个太阳系的直径大约是9光时,也就是光需要9小时才能从一端传播到另一端。我们的银河系更加庞大,直径约为10万光年。而包含银河系在内的本星系群的直径约为1000万光年。最后,我们的可观测宇宙的直径约为930亿光年。请注意,这个尺度图是对数尺度的,每个单位代表的实际距离是呈指数增长的,否则我们无法在一张图上展示这些天文尺度的巨大差异。
宇宙的年龄约为138亿年,但为什么可观测宇宙的直径却约为930亿光年呢?这看起来似乎违反了光速限制。答案在于宇宙的膨胀。宇宙不仅在膨胀,而且膨胀速度还在加速。这意味着遥远的天体正在以越来越快的速度远离我们。当我们观测到来自遥远星系的光时,这些星系在光发出时的位置和现在的实际位置已经相差很远了。这就解释了为什么可观测宇宙的直径可以大于宇宙的年龄乘以光速。在图表中,红线表示宇宙的实际加速膨胀,而蓝线表示假设的匀速膨胀。可以看到,随着时间的推移,两者之间的差距越来越大。