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宇宙密度比空氣低千億億億倍?武向平院士帶你認識宇宙

2018年1月20日, 中科大上海研究院墨子沙龍與上海科普大講壇聯合主辦的“天文雲大會”上, 武向平、毛淑德、戴子高、何子山、潘建偉等眾多頂尖科學家齊聚一堂, 為大家帶來了關於天文學常識與最新研究進展的精彩報告。

宇宙學家武向平院士在開場報告《認識我們的宇宙》中, 向大家介紹了目前天文學家們對宇宙觀測所得到的普遍認知, 讓觀眾重新認識了宇宙的尺度、演化規律與相關研究方法。

宇宙的“簡歷”與尺度

宇宙, 就是指無盡空間與無盡時間的總和。 自大爆炸以來, 我們的宇宙已經有138億歲, 但是, 對於宇宙應有的壽命而言, 它還處於“嬰兒期”, 武院士這樣談到。

宇宙到底有多大呢, 目前天文學家們觀測的尺度是4.2895E+27米。 不過, 如此巨大的宇宙, 其中的物質卻沒有那麼多:雖然宇宙中大約有千億個星系, 包含了百萬億億顆恒星, 其中品質巨大的天體很多,

但事實上, 宇宙的平均密度比地球表面的空氣要低1E+27倍, 也就是千億億億倍。

如何理解宇宙巨大的尺度呢?武向平院士舉了一個生動的例子:

一名三四歲的小朋友身高大約是1米;

將其擴大1000倍, 就大致成了人類目前將建設的最高建築的尺度;

將其再擴大1000倍,

就是中國國土的大致尺度;

將其再擴大1000倍, 就是地球到月球距離(38萬公里)的數量級, 我們離開了地球;

將其再擴大1000倍, 就是太陽系的大致尺度;

將其再擴大1000倍, 雖然離開了太陽系, 但只能在其周邊找到幾顆恒星;

將其再擴大1000倍, 就到了100光年左右, 已經能看到更多的恒星了;

將其再擴大1000倍, 就接近於銀河系的直徑, 但這還不算是我們講的宇宙;

將其再擴大1000倍, 銀河系看起來只是一個小白點的時候, 我們終於進入了宇宙的尺度;

不過, 這個數位需要再擴大1000倍, 才能與天文學家計算的宇宙尺度同數量級。

如此廣袤的宇宙中, 物質的分佈極不均勻, 在萬有引力的作用下, 物質喜歡“群居”, 武院士談到。

想觀測巨大的宇宙, 就必須借助於天文望遠鏡, 因為視力最好的人眼在夜空中能看到的範圍, 只是下圖銀河系中的小黃圈。

宇宙一直在運動

我們地球在繞太陽轉, 太陽又在相對於銀河系中心旋轉,這讓我們相對於銀河系的中心每小時都能狂飆87萬公里。但是,如果想繞銀河系轉上一圈,還是需要2.3億年左右。地球上一次待在銀河系的同一位置時,“還是恐龍在統治地球”,武院士說,“我經常開玩笑說,人類是不是還能再‘轉一圈’回來,我們是不知道的。”

但即便是銀河系,也在圍繞著宇宙大爆炸的中心進行旋轉——運動是宇宙最重要的“習慣”。如果計算我們相對於宇宙大爆炸中心的旋轉速度,可以達到每小時226萬公里!

宇宙會一直膨脹下去,我們會“凍死”

宇宙自大爆炸以來,一直在不斷膨脹,目前,人類已經大致摸清了宇宙尺度範圍內物質的分佈與大致溫度漲落。但是,宇宙將來會何去何從,宇宙會一直膨脹下去嗎?

在解釋宇宙的未來會如何變化時,武院士表示,宇宙能否繼續膨脹,取決於其中的物質能否通過萬有引力最終限制住宇宙:如果宇宙中的物質足夠多,那麼宇宙最終會因萬有引力作用而開始收縮,溫度上升;反之宇宙會無限膨脹下去,溫度會一直下降。其實能否收縮對宇宙要求的臨界密度並不高,“只要求每立方釐米中有百分之一個電子品質”。

但是,科學家們通過計算發現,即便是如此低的一個數值,宇宙依然沒有達到。“在多年前,我讀研究生的時候,我們都相信宇宙會停止膨脹,會收縮的,可今天結果是相反的”,武院士這樣說道。

武院士的演講中還有更多內容,而其他到場科學家也都做了不同領域的精彩報告,詳情大家可以關注天文雲大會的最新視頻。

太陽又在相對於銀河系中心旋轉,這讓我們相對於銀河系的中心每小時都能狂飆87萬公里。但是,如果想繞銀河系轉上一圈,還是需要2.3億年左右。地球上一次待在銀河系的同一位置時,“還是恐龍在統治地球”,武院士說,“我經常開玩笑說,人類是不是還能再‘轉一圈’回來,我們是不知道的。”

但即便是銀河系,也在圍繞著宇宙大爆炸的中心進行旋轉——運動是宇宙最重要的“習慣”。如果計算我們相對於宇宙大爆炸中心的旋轉速度,可以達到每小時226萬公里!

宇宙會一直膨脹下去,我們會“凍死”

宇宙自大爆炸以來,一直在不斷膨脹,目前,人類已經大致摸清了宇宙尺度範圍內物質的分佈與大致溫度漲落。但是,宇宙將來會何去何從,宇宙會一直膨脹下去嗎?

在解釋宇宙的未來會如何變化時,武院士表示,宇宙能否繼續膨脹,取決於其中的物質能否通過萬有引力最終限制住宇宙:如果宇宙中的物質足夠多,那麼宇宙最終會因萬有引力作用而開始收縮,溫度上升;反之宇宙會無限膨脹下去,溫度會一直下降。其實能否收縮對宇宙要求的臨界密度並不高,“只要求每立方釐米中有百分之一個電子品質”。

但是,科學家們通過計算發現,即便是如此低的一個數值,宇宙依然沒有達到。“在多年前,我讀研究生的時候,我們都相信宇宙會停止膨脹,會收縮的,可今天結果是相反的”,武院士這樣說道。

武院士的演講中還有更多內容,而其他到場科學家也都做了不同領域的精彩報告,詳情大家可以關注天文雲大會的最新視頻。

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