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宇宙有多重?太阳重2000亿亿吨

2022-09-03 17:50:39 6665

摘要:探索是人类永恒不变的追求。随着科学的发展,人类对万事万物有了更为深刻的认知,这些问题也都有了答案。通过长期的天文观测,不断地对数据进行修正,现在科学家已经知道宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸。...

探索是人类永恒不变的追求。天有多高,地有多厚,宇宙有多大?随着科学的发展,人类对万事万物有了更为深刻的认知,这些问题也都有了答案。

通过长期的天文观测,不断地对数据进行修正,现在科学家已经知道宇宙诞生于138亿年前的一次大爆炸。在138亿年的时间里,整个时空飞速膨胀,根据科学家的理论推测,现在整个宇宙的直径可能高达23万亿光年,而能够被人类观测到的宇宙直径只有930亿光年。

人体包含细胞、组织、器官、系统这一级一级的结构,宇宙也存在这样一级一级的结构。恒星对应着细胞,它就是宇宙中最基础的单元,往上就是星系、星系团、超星系团等。根据科学家的估算,整个可观测宇宙中至少有2万亿个星系,而恒星数量更是数不胜数,至少为2000万亿亿颗。

太阳就是一颗恒星,属于银河系,它距离我们1.5亿公里,根据科学家的测量,太阳的质量大约是2.0×10^30 千克,即2000亿亿亿吨,是地球质量的33万倍。这里必须要说明一下,在日常生活中,重量通常指的就是质量。

既然能够知道宇宙的大小,那么能不能知道宇宙中到底有多少物质?有多重?

说到这里,有的人一定想说,既然已经估算出了宇宙中的星系与恒星的数量,那剩以它们的平均质量,不就能够算出宇宙的总质量吗!

恒星或者星系的平均质量,确实能通过天文观测数据统计出来,只不过并不准确,因为在众多已知的星系或者恒星中,只有一少部分才能够大致估算出质量,而且宇宙空间中还存在很大一部分不能够被我们直接观测到的暗物质和暗能量,它们也是宇宙物质总量的一部分。根据科学家的测算,暗物质和暗能量占了宇宙中物质总量的95%。

大家在初中就有学到密度这个概念,知道了整个宇宙中物质的平均密度,就能根据体积算出宇宙中到底有多少物质。为了弄明白宇宙有多重,科学家就是从这一思路出发的。

看着夜空中满是繁星,有些人一定以为宇宙中的物质密度很大,实际上宇宙中的物质密度十分稀疏。天空中看起来在视觉平面上离得很近的星星,实际上相差十万八千里,离得很远。

恒星与恒星之间至少有几光年远,星系与星系之间则相隔几十上百万光年。可不要小瞧这几光年,人类未来很长一段时间都将会被困在方寸之地。恒星际及星系际空间都是空空荡荡的,星系与星系、恒星与恒星之间相互联系的纽带也许就只有引力了。

宇宙实在太大了,要想知道宇宙中的平均物质密度,还真不是一件容易办到的事。不过这难不倒科学家那聪明的大脑。

根据广义相对论,引力的本质是时空弯曲,既然物质能够让时空弯曲,那么物质的分布密度就能影响时空的弯曲程度。如果宇宙中某一区域的物质分布密度比较大,就会产生较为明显的时空弯曲,这必然会影响到光线的传播。

威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)通过探测宇宙大爆炸时产生的微波背景辐射的分布状况,不仅精确测得了暗物质、暗能量和普通物质的分布比例,还发现宇宙各向同性,从整体上来看物质分布的比较均匀,空间几乎是平坦的。

根据相关理论,对于一个几乎平坦的宇宙,其实际的质能密度必然接近临界密度,即9.9×10^-27千克/立方米。若实际密度小于临界密度,整个宇宙将会永远膨胀下去。现有的观测数据就表明宇宙现在正在加速膨胀,也就是说,虽然宇宙现在看起来几乎是平坦的,但实际密度已经略小于临界密度了。不过这一点差异并不影响我们计算宇宙的总质量。

可观测宇宙的体积很容易算出来,以球体(V=4/3πr^3)来算,整个可观测宇宙的体积约为3.57×10^80立方米。

体积与临界密度相乘,可知整个可观测宇宙中的质能总量为3.53×10^54千克。其中占比5%的普通物质的总质量约为1.8×10^53千克,这类物质是现在能够被我们直接观测到的。

如果与太阳做个比较,可观测宇宙的总质量是太阳质量的1000万亿亿倍。至于人类观测不到的那部分宇宙中的物质总量有多少?由于没有观测数据,并不能直接套用临界密度,所以还没有办法算出来。

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