4億億億億立方光年的宇宙，這種東西無處不在，天文學(xué)家不得其解

直到20世紀(jì)90年代末，我們才發(fā)現(xiàn)宇宙中還蘊(yùn)含著巨大的能量，這就是暗能量。時(shí)至今日，天文學(xué)家仍然不知道暗能量是什么。就質(zhì)能而言，宇宙中只有5%是由我們熟知的東西組成：質(zhì)子、中子、電子、光子、中微子、黑洞，甚至引力波。其余27%是暗物質(zhì)，宇宙中質(zhì)能占比最多的是暗能量，達(dá)到了68%。

通過測(cè)量河外星系中的Ia型超新星的距離和紅移，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)，宇宙不可能僅僅由物質(zhì)和輻射組成，而是需要一種新的能量形式來改變我們宇宙的命運(yùn)。20多年過去了，暗能量仍然是宇宙中最大的未解之謎。

為了知道宇宙是由什么組成的，天文學(xué)家測(cè)量了宇宙中各種不同星系的距離和紅移。通過測(cè)量星系光線的紅移值，可以知道它們的運(yùn)動(dòng)速度，以及光線離開星系到達(dá)地球這段時(shí)間內(nèi)，宇宙空間膨脹了多少。另一方面，通過測(cè)量遙遠(yuǎn)星系的視亮度和視直徑，結(jié)合已知星系的實(shí)際亮度、直徑和距離，可以測(cè)出目標(biāo)星系的距離。

當(dāng)天文學(xué)家結(jié)合所有的觀測(cè)結(jié)果，包括超新星、大尺度結(jié)構(gòu)、宇宙微波背景的漲落等等，這些證據(jù)都指向一個(gè)相同的宇宙圖景：5%的普通物質(zhì)、27%的暗物質(zhì)和68%的暗能量。

從理論角度來看，我們理解這些觀測(cè)結(jié)果的方式是非常直接的。在最大的宇宙尺度上，宇宙在所有的方向和位置都是一樣的。我們實(shí)際可以觀測(cè)到的宇宙體積可達(dá)4億億億億立方光年。在超過幾十億立方光年的范圍內(nèi)，宇宙事物的一致性達(dá)到了99.99%。

當(dāng)宇宙在所有方向和位置上表現(xiàn)得似乎都一樣時(shí)，我們可以從廣義相對(duì)論中推導(dǎo)出一個(gè)關(guān)于宇宙運(yùn)轉(zhuǎn)的精確解：

左邊是膨脹/收縮因子，右邊是所有物質(zhì)和能量項(xiàng)。這些是控制膨脹宇宙的規(guī)則，通過測(cè)量速率隨時(shí)間的變化，可以確定宇宙中有什么，有多少，以及它們?nèi)绾芜\(yùn)轉(zhuǎn)。

結(jié)合觀測(cè)數(shù)據(jù)，從宇宙學(xué)標(biāo)準(zhǔn)模型中可以推導(dǎo)出如下的參數(shù)：

宇宙中的大部分能量不僅是看不見的，而且它們的形態(tài)完全不同于物質(zhì)。物質(zhì)通常聚集在一起，因?yàn)槲镔|(zhì)之間存在引力作用。當(dāng)足夠多的物質(zhì)聚集在一起時(shí)，它們可以克服空間膨脹，形成恒星、星系和星系群。在物質(zhì)主導(dǎo)的宇宙中，隨著時(shí)間的推移，結(jié)構(gòu)變得越來越大，越來越復(fù)雜，越來越像網(wǎng)絡(luò)。

然而，在一個(gè)存在大量暗能量的宇宙中，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模和復(fù)雜性將是有限的。根據(jù)目前的觀測(cè)結(jié)果，暗能量表現(xiàn)為它們是空間結(jié)構(gòu)本身固有的一種能量形式。隨著宇宙的膨脹，體積逐漸增大，物質(zhì)密度、輻射密度以及能量都會(huì)逐漸降低，但暗能量的能量密度始終保持不變。數(shù)十億年后，物質(zhì)和輻射的密度都會(huì)下降到暗能量密度以下，導(dǎo)致宇宙膨脹速度進(jìn)一步加快。

天文學(xué)家觀測(cè)了大量的Ia型超新星，較好地測(cè)量了宇宙網(wǎng)絡(luò)在早期、中期和晚期的演化過程，并從宇宙微波背景的波動(dòng)和極化中提取了更多的細(xì)節(jié)，這讓我們能夠間接地了解暗能量。結(jié)果表明，暗能量表現(xiàn)為一個(gè)宇宙常數(shù)，這意味著它是空間本身固有的一種能量形式。暗能量也可以表現(xiàn)為一種更復(fù)雜的形式：作為能量的一般形式，它們有自己獨(dú)特的狀態(tài)方程。

天文學(xué)家描述暗能量的方式是通過一個(gè)參數(shù)：w，即狀態(tài)方程。在物理學(xué)中，w把任何形式能量的能量密度與其壓力聯(lián)系起來。對(duì)于速度相對(duì)于光速可以忽略不計(jì)的物質(zhì)而言，w=0，這意味著正常物質(zhì)和暗物質(zhì)都沒有壓力效應(yīng)。另一方面，輻射會(huì)產(chǎn)生正壓力：w=+1/3，這種正壓力會(huì)導(dǎo)致宇宙膨脹速率隨時(shí)間而降低。

對(duì)于暗能量，w=-1，這意味著暗能量會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓力。

廣義相對(duì)論中的宇宙常數(shù)很有趣，因?yàn)樗浅擞钪嬷邪l(fā)現(xiàn)的物質(zhì)和能量之外，唯一可以添加到愛因斯坦方程（或者從中推導(dǎo)出的弗里德曼方程）中的能量形式。它也出現(xiàn)在量子場(chǎng)論中，作為真空本身固有的能量。如果能夠計(jì)算宇宙中所有粒子和場(chǎng)的貢獻(xiàn)，以及它們?nèi)绾螒?yīng)用于真空空間本身，我們?cè)诶碚撋峡梢缘玫娇臻g本身的零點(diǎn)能量數(shù)值，也就是宇宙常數(shù)。

然而，計(jì)算所得到的結(jié)果太大了，比觀測(cè)值大了120個(gè)數(shù)量級(jí)，這錯(cuò)得離譜。因此，暗能量需要通過一種不同的機(jī)制來解釋。

有些物理學(xué)家放棄廣義相對(duì)論，轉(zhuǎn)而修正引力理論，這樣就可以引入一些新的自由參數(shù)來解釋暗能量，而不是局限于廣義相對(duì)論中的宇宙常數(shù)。或者可以給宇宙引入一個(gè)新的場(chǎng)，它以多種可能的方式來耦合各種力或相互作用。

還有些物理學(xué)家建立一個(gè)模型，在暴脹階段（發(fā)生于宇宙誕生的極早期）存在的條件與今天的暗能量有關(guān)。或者可以引入一個(gè)新的假設(shè)，它會(huì)帶來不同于我們通常預(yù)期的宇宙效應(yīng)。任何能夠提供與宇宙常數(shù)大不相同觀測(cè)值的模型都可以進(jìn)行檢驗(yàn)。

然而，每一個(gè)觀測(cè)證據(jù)都表明暗能量和宇宙常數(shù)沒有什么不同，暗能量表現(xiàn)為它們是空間結(jié)構(gòu)本身固有的一種能量形式。為什么真空空間會(huì)有這樣的性質(zhì)呢？為什么宇宙結(jié)構(gòu)的零點(diǎn)能量是一個(gè)正的非零值呢？為什么暗能量會(huì)表現(xiàn)出我們所觀測(cè)到的行為呢？在量子真空理論取得突破之前，暗能量仍將是宇宙中最大的未解之謎。

4億億億億立方光年的宇宙,這種東西無處不在,天文學(xué)家不得其解
從理論角度來看，我們理解這些觀測(cè)結(jié)果的方式是非常直接的。在最大的宇宙尺度上，宇宙在所有的方向和位置都是一樣的。我們實(shí)際可以觀測(cè)到的宇宙體積可達(dá)4億億億億立方光年。在超過幾十億立方光年的范圍內(nèi)，宇宙事物的一致性達(dá)到了99.99%。當(dāng)宇宙在所有方向和位置上表現(xiàn)得似乎都一樣時(shí)，我們可以從廣義相...

宇宙有多少立方光年?
目前可觀測(cè)宇宙體積大約4億億億億立方光年

1立方光年的水和1立方光年的宇宙相比誰的質(zhì)量更大?
1. 宇宙的大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出我們的理解范圍。我們通常所說的“宇宙半徑為465億光年”是指可觀測(cè)宇宙的范圍，由于空間的超光速膨脹，我們無法觀測(cè)到超出這個(gè)范圍的宇宙。2. 在可觀測(cè)宇宙中，包含的天體數(shù)量和總質(zhì)量是巨大的。例如，太陽是太陽系中的主要恒星，質(zhì)量是地球的33萬倍。太陽系之外，還有廣闊的銀河...

把一立方光年的水澆到太陽上會(huì)發(fā)生什么事情?
一立方光年是一個(gè)極其巨大的體積，一光年相當(dāng)于9.46萬億公里，所以一立方光年將近8500萬億億億億億立方米。如此巨大的空間，可以裝下780億億億個(gè)地球，6萬億億個(gè)太陽，1200億個(gè)盾牌座UY（宇宙中已知體積最大的恒星）。如果有一立方光年的水，并且這些水保持跟地球上一樣的密度，其質(zhì)量將會(huì)高達(dá)850億億...

宇宙中數(shù)以萬億的恒星,為什么太空中還是暗的?
9、銀河系到M81,立方體寬度2000W光年,體積80W億億立方光年,恒星數(shù)量約10W億顆。 10、本星系群到大熊座1,立方體寬度20億光年,立方體中星系的數(shù)量約1億個(gè),超星系團(tuán)之間的平均距離3億光年。 11、已知的宇宙,星系數(shù)量約1000億個(gè)、恒星總數(shù)約50萬億億顆,正在繼續(xù)膨脹,也許永遠(yuǎn)膨脹下去。總結(jié)前面的介紹我們可以看出:...

宇宙的體積
迄今為止最新數(shù)據(jù)），宇宙的半徑為457億光年。而宇宙暴漲學(xué)理論宇宙是球狀膨脹，因此計(jì)算如下：按球體積公式：V ＝ 4πR3\/3 V ＝ 4 × 3.14 × 4573 ÷ 3 ≈ 399592184（億立方光年）目前宇宙的體積的近似答案：4 億億立方光年。謝謝記得采納一下！^_^ ...

宇宙有多大?有多小個(gè)星球?
宇宙是“有限無邊”，它沒有邊，就想和地球，地球是圓的，即使你的速度成為光速，也找不到邊，宇宙和地球一樣，也是圓的。有限呢，還是和地球一樣，它就這么大，所以是有限。宇宙有多少個(gè)星球呢，用我們最好的望遠(yuǎn)鏡去看（是我們現(xiàn)在能看到的宇宙，不是整個(gè)宇宙），有2000億個(gè)恒星（2000億個(gè)是...

宇宙到底有多大,人死后到底又去哪里了呢?
宇宙有多大，我是沒什么概念，一光年是多遠(yuǎn)？頭腦太小裝不下。要是說動(dòng)物死后就沒有了，這個(gè)我相信，因?yàn)樗麄儧]有靈魂。而人是有靈魂的，所以人無法被物質(zhì)世界滿足，想讓一個(gè)人絕望的快一點(diǎn)，就是他想要的你都給他就OK了，要不然那么多大富豪干嘛去自殺（前提是沒信耶穌）。你見過那頭牛，白天干活...

宇宙從各個(gè)方向看是相同的嗎
星系有大有小，各不相同。從大尺度看，如數(shù)千萬光年到10億光年，宇宙中各方向上的物質(zhì)分布就變得均勻了，每個(gè)內(nèi)星系的大小、數(shù)量、分布情況都基本相同。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在大尺度上，宇宙大致以10億立方光年在重復(fù)。下面就是一個(gè)10億光年尺度的宇宙結(jié)構(gòu)示意圖。其中每一個(gè)亮點(diǎn)都是一個(gè)巨大的星系。

目前人類所能觀測(cè)到的宇宙范圍是
人們理論上能觀察到的宇宙范圍是200億光年，在這之外是否也是宇宙我們永遠(yuǎn)也不知道，應(yīng)為宇宙膨脹的速度隨著離我們的距離越遠(yuǎn)膨脹速度越快，到達(dá)200億光年距離的地方宇宙的膨脹速度到達(dá)光速，假如相對(duì)論的光速是速度極限的話那么也就是說宇宙最大的膨脹速度只能等于光速不可能超過光速，也就是說宇宙最大只...

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