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地球在宇宙的座標是在哪?我們是在中心還是在邊緣?

2024-03-24科學

當我們透過填寫地址來點外賣或接收快遞時,即使物品位於遙遠之地,它們也能準確地找到我們。在地球上,億萬人口的居住地點都可以精確定位。

然而,如果我們將視野擴大至整個太陽系甚至是宇宙,那麽在這個廣闊無垠的空間中,地球是否擁有一套用於精確定位的「座標系統」呢?

為地球指定一個精確的宇宙地址

我們與太陽的日常相伴證明了地球位於太陽系之中。地球的半徑超過6000公裏,而地球與太陽的距離則是一個龐大的數碼——約1.5億公裏。

這個距離只是從地球到太陽的太陽系內部距離的一部份。在地球之外,朝著遠離太陽的方向,還存在更為遙遠和廣闊的空間。

這片廣袤的天域仍舊處於太陽的「統治」之下。太陽系雖有邊界,但其實質似乎無窮無盡,從太陽輻射到其外圍的直線距離可達123天文單位。

天文單位 是一個用於簡化巨大距離表示的單位,因為如果用地球上的常規度量單位,其後的零會連綿不斷,難以表達實際意義。

依據天文學的定義,1個天文單位即地球到太陽的距離——1.5億公裏。因此,123個天文單位相當於184億公裏以上。

這樣的距離已經非常遙遠,但如果比喻來說,從太陽到太陽系邊緣的距離,僅相當於你在1.8米寬的床上翻了個身。

在晴朗的夜晚,你可以看到銀河——太陽系位於其中的銀河系的一部份。我們看到的銀河,甚至不足以代表整個銀河系,因為銀河系的直徑超過了10萬光年。

再介紹一種新的單位—— 光年 ,相當於63000個天文單位,或者說是945000億公裏。這樣的距離,僅構成銀河系直徑的一萬分之一。

因此,銀河系的龐大超出我們的想象。太陽系僅僅位於銀河系的一個分支——獵戶臂上。我們每晚用肉眼看到的所有星空,只是獵戶臂至英仙臂之間的一小部份。

從銀河系的某個點出發,走到其邊緣,就像你從床上站起來一般。而銀河系外,還有包含它的本星系群,其直徑超過1000萬光年。

在這個尺度下,銀河系不過是一個微小的存在。而本星系群周圍,至少存在著100個類似大小的星系群和星團。

這些星系群聚集在一起,形成了更加龐大的室女座超星系團,其直徑巨大到光年都顯得微不足道,直徑達到1.1億光年,難以用語言描述其真實規模。

但事實上,從銀河系到本星系群,再到室女座超星系團,再到拉尼亞凱亞超星系團的這一系列,僅僅相當於你從床上起來,走到了臥室的門口。

當你開啟臥室門時,客廳的空間就像拉尼亞凱亞超星系團,其直徑達到了5.2億光年,包含至少10個星系團。

這已經是難以用語言描述的宏大尺度了,但等你開啟家門,就能見到一個更加廣闊的世界。

盡管5.2億光年在整個宇宙中只是一個小點,在可觀測宇宙範圍內,像拉尼亞凱亞超星系團這樣的巨大結構至少有兩萬億個。

因此,整個可觀測宇宙的直徑已超過900億光年。這還只是我們目前理論上能探知的範圍。

有理論認為,整個宇宙的實際大小可能是可觀測宇宙的「15後面加上22個0」倍那麽大。

也有觀點指出,在宇宙的結構中,超星系團和纖維狀結構可能是最大的結構單元。

在天文學中,這些結構被賦予了新穎的名稱——「長城」或「巨墻」,因為如果能從宇宙的角度觀察,由星系等天體組成的結構就像宇宙中的一堵墻。

這樣一來,地球在其中的位置就像這堵墻上的一塊磚中的一個分子。地球從太陽系到銀河系,再到本星系群、室女座超星系團,最後到拉尼亞凱亞超星系團,這一系列構成了長城的一部份。

現在,我們知道了地球在宇宙中的大致位置,但這個位置在宇宙的哪裏呢?

換句話說,我們是位於宇宙的中心還是邊緣?宇宙中心的概念又是什麽呢?

宇宙是否擁有中心?

這個問題可以類比於地球。從人類社會的角度來看,的確存在所謂的「中心」。例如,各國都有自己的首都,可被視為行政中心。

世界範圍內,聯合國總部所在地紐約可視為處理國際事務的中心。但這些中心的定義,都是基於人類社會的劃分。換言之,是人類賦予這些中心以特殊意義。

如果將人類社會的概念剝離,從地球本身來看,地球其實沒有一個明確的中心,或者說,任何點都可以被視作中心。

因為地球是一個球體,所以在其表面的任何一點,都可以視為球體的中心。

從這個角度出發,歷史上的地心說似乎並非全然錯誤,因為它將地球視為宇宙的中心。然而,地心說的錯誤之處在於,它認為太陽、月亮和星星都圍繞地球轉動,甚至認為地球是宇宙的中心。

直到哥白尼提出日心說,人們才開始理解地球實際上是圍繞太陽轉動的。雖然地球不再被視為宇宙的中心,哥白尼的理論又錯誤地將太陽視為宇宙的中心。

由於古代的觀測條件有限,人們將太陽視為特別之處,認為它是宇宙的中心。

直到20世紀初,天文學家逐步觀測到銀河系,並證實太陽並非中心。盡管當時一些天文學家認為銀河系就是宇宙的全部,銀河系因此被視為宇宙的中心。

直到哈伯透過測量證實了仙女座星系不在銀河系內,人們逐漸明白銀河系不是整個宇宙,自然也不能成為宇宙的中心。

因此,問題依舊存在:宇宙的中心到底在哪裏?

1917年,愛因斯坦提出了靜態宇宙模型的觀點。按照這個理論,宇宙是有限但無邊界的,類似於地球,但其整體是四維空間。因為沒有邊界,所以不存在中心,或者說到處都是中心。

20世紀20年代,哈伯的測量發現宇宙正處於膨脹狀態。這意味著,不僅銀河系或太陽系,連地球都可以被視為宇宙的中心。

因為在膨脹狀態下,所有星系都在相互遠離。如果假設在其他星系上也有智慧生命,他們同樣可以認為自己所在的地方是宇宙的中心。

隨著大爆炸理論的進一步證實,大爆炸發生前的那個點,是否可以被視為宇宙的中心?

這種理解方式並不精確,因為大爆炸之後,所有天體都在相互遠離,宇宙到處都可以被視為中心,但這也意味著實際上宇宙沒有中心。

那麽,宇宙是否有邊界呢?

2018年有報道稱,天文學家在100億光年之外發現了一條長度達到35億光年的真空區域,一時間被認為是宇宙的邊界。

但實際上,這樣的「邊界」只是宇宙中大尺度結構的一部份。正如之前所述,星系群聚在一起形成宇宙空間內的大尺度結構。

這些結構是三維的,形態不規則,在天文學中常被稱為網狀結構或纖維狀結構。

可以將其比喻為絲瓜絡的內部結構,其中的纖維狀結構就像宇宙中的大尺度結構。在宇宙中,這種結構非常普遍。

也就是說,從地球、太陽系到銀河系的排列組合,都是大尺度結構的一部份,這些巨大的結構連線在一起,形成了一種墻體般的存在。

之所以形成這樣的結構,是因為根據萬有重力定律,密集區域的重力較強,能夠不斷吸附物質,形成更加密集的聚集體。

這導致了馬太效應,即密集的地方越來越密集,而稀疏的地方則越來越空曠。因此,宇宙空間中,一些地方星系密集,而其他地方則相對空曠。

這些特征共同構成了宇宙的全貌,但那些形成長城和巨墻般密集區域,並

非宇宙的邊界。

大爆炸之前的世界是什麽?

目前關於宇宙的研究,主要集中在大爆炸之後的情況。對於大爆炸之前的狀態,許多人仍充滿好奇。

根據天文學家的說法,目前的理論框架是基於大爆炸理論建立的,因此並不涉及大爆炸之前的問題。換言之,現有的理論僅對爆炸之後的宇宙進行解釋。

為了探討這個問題,天文學界進一步將討論推向了奇異點概念,但仍無法解釋奇異點之前的狀態。也就是說,現有的理論和觀點僅能解釋宇宙形成之後的事實,對於之前的情況,可以認為是無從談起。

總結

就像宇宙沒有明確的中心一樣,宇宙本身的狀態也是從奇異點開始後,科學家才能理解和解釋的各種現象和概念。

所謂的奇異點,並不是指宇宙空間內某個具體的小區域,而是指在整個宇宙時空中,密度和能量達到了無限大的狀態。

我們可以理解為,宇宙的一切都始於這種狀態。無論我們如何理解,都難以推斷出之前的情況。

這就像是楚門的世界,或者說是「不識廬山真面目,只緣身在此山中」。因為我們處於宇宙這一系統內,無法跳出系統外,自然難以解釋系統之外的世界到底是什麽樣子。

我們對宇宙的理解,就如同站在山中無法看清整座山的真實面貌。我們的知識和理解,始終局限於我們能夠觀察和推理的範圍之內,而宇宙的奧秘,遠遠超出了我們當前的理解能力。