宇宙有多大? 就在今年年初,英国的天文学家发现了一个巨大的宇宙结构——大环。这是一个由很多星系和星系团组成的几乎完美的圆形星系群,它的直径大约是13亿光年,周长达40亿光年,是目前可观测宇宙内已知的最大结构之一。 但按照目前的宇宙形成论来讲,这个大环大到宇宙已经装不下它了。 现在的理论认为,在宇宙大爆炸之后,物质通过引力逐渐聚集,从较小的结构慢慢合并成较大的结构,然后逐渐形成了星系和星系团。但这个过程需要足够的时间。 宇宙形成至今大约有138亿年。理论计算表明,宇宙里能形成的最大结构应该是12亿光年。而大环的直径是13亿光年,已经超过了宇宙形成的理论极限。按理说这是不可能的,因为没有足够的时间来形成这么大的结构。 而且按照宇宙学原理,宇宙应该是均匀一致的。不管站在宇宙的哪个地方观察,看到的宇宙应该都差不多。更准确来说,宇宙均不均匀取决于观测尺度。假如把宇宙看成是海洋,站在海边看海面,波涛汹涌;但坐飞机时就会发现,从高空看海面其实非常平滑。 这个大环就像是一个平滑的表面上出现了一个显眼的疙瘩,让原本应该是均匀的宇宙变得不均匀了。 这种大型结构到底是怎么形成的?难道人类对宇宙的测量出错了?宇宙究竟有多大? 我想大家或多或少都想过这个问题,但这个问题很难想象出答案,而且想多了之后人还会产生一种虚无感。 从地心说到日心说 公元1世纪,古希腊天文学家托勒密提出地心说,认为地球是宇宙的中心,太阳、月亮、行星都绕着地球转。这个理论在当时得到了普遍认可。 直到16世纪初,波兰天文学家哥白尼提出日心说,才推翻了地心说。他认为太阳才是宇宙的中心,地球只是太阳系中的一个普通行星。但他的说法在当时不被认可,经过一个多世纪才慢慢被世人接受。 其实哥白尼是病死的。真正被烧死的是他的支持者布鲁诺。这位意大利哲学家坚持捍卫日心说,还认为太阳只是众多恒星之一,人类在宇宙中也不是唯一的。1600年,他被判火刑,在罗马被当众烧死。 测量太阳系 哥白尼的观点虽然不完全正确,但他给人类的宇宙观带来了巨大改变。人们开始思考:太阳系到底有多大? 从哥白尼之后将近一百年,太阳系大小的计算没有太大进展,直到开普勒出现。1595年,开普勒发现了太阳系各行星之间的位置关系,把地球到太阳的距离称为一个天文单位。只要知道一个天文单位是多少,就能算出整个太阳系的大小。 1677年,哈雷想到了用
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我们总以为宇宙是一盘均匀撒开的星海,星系像钻石一样密密麻麻嵌在黑布上。但真实的宇宙,是一张千疮百孔的网。 在星系团和超星系团构成的“宇宙网”之间,横亘着巨大的空洞。这些区域星系寥寥无几,物质稀薄到让人怀疑自己是不是走错了地方。它们占可观测宇宙体积的80%,是名副其实的宇宙荒漠。 而人类赖以生存的银河系,恰好漂浮在已知最大的空洞之一的正中央。 这个空洞叫KBC空洞。半径10亿光年,直径20亿光年。光从这一头跑到那一头,需要20亿年。 别误会,空洞不是绝对的真空。它只是“稀疏”——物质密度比宇宙平均值低20%,星系数量比密集区少30%以上。如果把宇宙比作一座巨型城市,拉尼亚凯亚超星系团是市中心,巨引源附近是CBD,而我们所在的KBC空洞,就是郊区别墅区。人少,安静,没什么热闹可看。 更特别的是,银河系不是边缘住户,是正中心。距离空洞边界约5亿光年。这个“居中”的位置,让人类观测宇宙时,永远带着一种“本地荒漠”的视角偏差。 这些超级空洞怎么来的? 不是偶然,是必然。背后是两种宇宙力量的长期博弈。 大爆炸后的早期宇宙,物质分布存在微小的密度波动。有些地方密度稍高,引力占上风,不断吸引周围物质,最终长成星系团的“节点”。有些地方密度稍低,引力抓不住,暗能量的排斥力却一直在推开空间,物质被“抽离”到周围密集区,原本的稀薄区域越扩越大,最终形成空洞。 就像面团发酵。密度高的部分越揉越紧实,密度低的部分被拉扯成疏松的气泡。 KBC空洞的形成,可以追溯到宇宙诞生后约10亿年。当时这片区域的物质密度只比周围低0.01%。这个微小差异,在暗能量与引力的长期博弈中被不断放大。计算机模拟显示,KBC空洞的扩张速度比宇宙平均膨胀速度快10%。它还在长大,还会把更多星系推向边缘。 听起来像一片死寂的荒漠,没什么价值。但对地球来说,这片荒漠是救命的东西。 第一道屏障,叫安全。 空洞里星系稀疏,恒星之间离得远,气体和尘埃也稀薄。这意味着小行星和彗星这类“太空垃圾”形成概率低。地球被大型天体撞击的概率,比星系密集区低90%以上。 6500万年前,一颗直径10公里的小行星撞了地球,恐龙就没了。如果在星系密集区,这种规模的撞击每100万年就来一次。生命从微生物进化到人类需要几十亿年,中间被撞断十几次,根本不可能走到今天。 第二道屏障,叫辐射。 星系密集区超新星频繁爆发,黑洞
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