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地球在宇宙的坐标是在哪?我们是在中心还是在边缘?

2024-03-24科学

当我们通过填写地址来点外卖或接收快递时,即使物品位于遥远之地,它们也能准确地找到我们。在地球上,亿万人口的居住地点都可以精确定位。

然而,如果我们将视野扩大至整个太阳系甚至是宇宙,那么在这个广阔无垠的空间中,地球是否拥有一套用于精确定位的「坐标系统」呢?

为地球指定一个精确的宇宙地址

我们与太阳的日常相伴证明了地球位于太阳系之中。地球的半径超过6000公里,而地球与太阳的距离则是一个庞大的数字——约1.5亿公里。

这个距离只是从地球到太阳的太阳系内部距离的一部分。在地球之外,朝着远离太阳的方向,还存在更为遥远和广阔的空间。

这片广袤的天域仍旧处于太阳的「统治」之下。太阳系虽有边界,但其实质似乎无穷无尽,从太阳辐射到其外围的直线距离可达123天文单位。

天文单位 是一个用于简化巨大距离表示的单位,因为如果用地球上的常规度量单位,其后的零会连绵不断,难以表达实际意义。

依据天文学的定义,1个天文单位即地球到太阳的距离——1.5亿公里。因此,123个天文单位相当于184亿公里以上。

这样的距离已经非常遥远,但如果比喻来说,从太阳到太阳系边缘的距离,仅相当于你在1.8米宽的床上翻了个身。

在晴朗的夜晚,你可以看到银河——太阳系位于其中的银河系的一部分。我们看到的银河,甚至不足以代表整个银河系,因为银河系的直径超过了10万光年。

再介绍一种新的单位—— 光年 ,相当于63000个天文单位,或者说是945000亿公里。这样的距离,仅构成银河系直径的一万分之一。

因此,银河系的庞大超出我们的想象。太阳系仅仅位于银河系的一个分支——猎户臂上。我们每晚用肉眼看到的所有星空,只是猎户臂至英仙臂之间的一小部分。

从银河系的某个点出发,走到其边缘,就像你从床上站起来一般。而银河系外,还有包含它的本星系群,其直径超过1000万光年。

在这个尺度下,银河系不过是一个微小的存在。而本星系群周围,至少存在着100个类似大小的星系群和星团。

这些星系群聚集在一起,形成了更加庞大的室女座超星系团,其直径巨大到光年都显得微不足道,直径达到1.1亿光年,难以用语言描述其真实规模。

但事实上,从银河系到本星系群,再到室女座超星系团,再到拉尼亚凯亚超星系团的这一系列,仅仅相当于你从床上起来,走到了卧室的门口。

当你打开卧室门时,客厅的空间就像拉尼亚凯亚超星系团,其直径达到了5.2亿光年,包含至少10个星系团。

这已经是难以用语言描述的宏大尺度了,但等你打开家门,就能见到一个更加广阔的世界。

尽管5.2亿光年在整个宇宙中只是一个小点,在可观测宇宙范围内,像拉尼亚凯亚超星系团这样的巨大结构至少有两万亿个。

因此,整个可观测宇宙的直径已超过900亿光年。这还只是我们目前理论上能探知的范围。

有理论认为,整个宇宙的实际大小可能是可观测宇宙的「15后面加上22个0」倍那么大。

也有观点指出,在宇宙的结构中,超星系团和纤维状结构可能是最大的结构单元。

在天文学中,这些结构被赋予了新颖的名称——「长城」或「巨墙」,因为如果能从宇宙的角度观察,由星系等天体组成的结构就像宇宙中的一堵墙。

这样一来,地球在其中的位置就像这堵墙上的一块砖中的一个分子。地球从太阳系到银河系,再到本星系群、室女座超星系团,最后到拉尼亚凯亚超星系团,这一系列构成了长城的一部分。

现在,我们知道了地球在宇宙中的大致位置,但这个位置在宇宙的哪里呢?

换句话说,我们是位于宇宙的中心还是边缘?宇宙中心的概念又是什么呢?

宇宙是否拥有中心?

这个问题可以类比于地球。从人类社会的角度来看,的确存在所谓的「中心」。例如,各国都有自己的首都,可被视为行政中心。

世界范围内,联合国总部所在地纽约可视为处理国际事务的中心。但这些中心的定义,都是基于人类社会的划分。换言之,是人类赋予这些中心以特殊意义。

如果将人类社会的概念剥离,从地球本身来看,地球其实没有一个明确的中心,或者说,任何点都可以被视作中心。

因为地球是一个球体,所以在其表面的任何一点,都可以视为球体的中心。

从这个角度出发,历史上的地心说似乎并非全然错误,因为它将地球视为宇宙的中心。然而,地心说的错误之处在于,它认为太阳、月亮和星星都围绕地球转动,甚至认为地球是宇宙的中心。

直到哥白尼提出日心说,人们才开始理解地球实际上是围绕太阳转动的。虽然地球不再被视为宇宙的中心,哥白尼的理论又错误地将太阳视为宇宙的中心。

由于古代的观测条件有限,人们将太阳视为特别之处,认为它是宇宙的中心。

直到20世纪初,天文学家逐步观测到银河系,并证实太阳并非中心。尽管当时一些天文学家认为银河系就是宇宙的全部,银河系因此被视为宇宙的中心。

直到哈勃通过测量证实了仙女座星系不在银河系内,人们逐渐明白银河系不是整个宇宙,自然也不能成为宇宙的中心。

因此,问题依旧存在:宇宙的中心到底在哪里?

1917年,爱因斯坦提出了静态宇宙模型的观点。按照这个理论,宇宙是有限但无边界的,类似于地球,但其整体是四维空间。因为没有边界,所以不存在中心,或者说到处都是中心。

20世纪20年代,哈勃的测量发现宇宙正处于膨胀状态。这意味着,不仅银河系或太阳系,连地球都可以被视为宇宙的中心。

因为在膨胀状态下,所有星系都在相互远离。如果假设在其他星系上也有智慧生命,他们同样可以认为自己所在的地方是宇宙的中心。

随着大爆炸理论的进一步证实,大爆炸发生前的那个点,是否可以被视为宇宙的中心?

这种理解方式并不精确,因为大爆炸之后,所有天体都在相互远离,宇宙到处都可以被视为中心,但这也意味着实际上宇宙没有中心。

那么,宇宙是否有边界呢?

2018年有报道称,天文学家在100亿光年之外发现了一条长度达到35亿光年的真空区域,一时间被认为是宇宙的边界。

但实际上,这样的「边界」只是宇宙中大尺度结构的一部分。正如之前所述,星系群聚在一起形成宇宙空间内的大尺度结构。

这些结构是三维的,形态不规则,在天文学中常被称为网状结构或纤维状结构。

可以将其比喻为丝瓜络的内部结构,其中的纤维状结构就像宇宙中的大尺度结构。在宇宙中,这种结构非常普遍。

也就是说,从地球、太阳系到银河系的排列组合,都是大尺度结构的一部分,这些巨大的结构连接在一起,形成了一种墙体般的存在。

之所以形成这样的结构,是因为根据万有引力定律,密集区域的引力较强,能够不断吸附物质,形成更加密集的聚集体。

这导致了马太效应,即密集的地方越来越密集,而稀疏的地方则越来越空旷。因此,宇宙空间中,一些地方星系密集,而其他地方则相对空旷。

这些特征共同构成了宇宙的全貌,但那些形成长城和巨墙般密集区域,并

非宇宙的边界。

大爆炸之前的世界是什么?

目前关于宇宙的研究,主要集中在大爆炸之后的情况。对于大爆炸之前的状态,许多人仍充满好奇。

根据天文学家的说法,目前的理论框架是基于大爆炸理论建立的,因此并不涉及大爆炸之前的问题。换言之,现有的理论仅对爆炸之后的宇宙进行解释。

为了探讨这个问题,天文学界进一步将讨论推向了奇点概念,但仍无法解释奇点之前的状态。也就是说,现有的理论和观点仅能解释宇宙形成之后的事实,对于之前的情况,可以认为是无从谈起。

总结

就像宇宙没有明确的中心一样,宇宙本身的状态也是从奇点开始后,科学家才能理解和解释的各种现象和概念。

所谓的奇点,并不是指宇宙空间内某个具体的小区域,而是指在整个宇宙时空中,密度和能量达到了无限大的状态。

我们可以理解为,宇宙的一切都始于这种状态。无论我们如何理解,都难以推断出之前的情况。

这就像是楚门的世界,或者说是「不识庐山真面目,只缘身在此山中」。因为我们处于宇宙这一系统内,无法跳出系统外,自然难以解释系统之外的世界到底是什么样子。

我们对宇宙的理解,就如同站在山中无法看清整座山的真实面貌。我们的知识和理解,始终局限于我们能够观察和推理的范围之内,而宇宙的奥秘,远远超出了我们当前的理解能力。