"可观测宇宙"四个字听着绕,意思其实很直白:光来得及跑到地球、我们能看见的那部分宇宙,合起来就是一个以我们为圆心的大泡泡。泡泡外不是没有东西,是那里的光还没跑到,我们暂时看不见。

先打个比方。想象一个下暴雨的深夜,你站在一盏路灯下往外看:灯光照亮的那一圈里,雨丝、路面、路边的垃圾桶都看得清清楚楚,范围大概也就几十米;再往外就是一片黑。这不是因为这条街只有几十米长——店铺、路口明明都在,只是灯光照不到那么远,你的眼睛收不到足够的光。对你来说,"看得见的街道"就是灯下这一圈。

可观测宇宙就像人类在宇宙里的“路灯照亮圈”——这个比方只讲“看见的不等于全部”,实际边界受光传播时间限制,不是灯亮不亮:宇宙很大,但我们的眼睛和望远镜只能收到光已经赶到地球的地方,更远的地方不是不存在,是光还在路上。

这个"泡泡"到底有多大?

直径约 930 亿光年,半径约 465 亿光年。

光年是光跑一年跑出的距离。光一秒能跑约 30 万公里,够绕地球赤道七圈半;不停歇地跑上一年,就是约 9.46 万亿公里——这是"一光年"。而可观测宇宙的直径,是 930 亿个这样的距离连起来。

我们能看到的最远、也最老的光,是宇宙大爆炸留下的"余温"(学名叫宇宙微波背景辐射)。它在大爆炸之后约 38 万年发出,在空间里飞了约 138 亿年才钻进我们的天线——可以说,那是宇宙"婴儿时期的照片"。

WMAP九年数据制作的宇宙微波背景全天图。颜色显示极微小的温度起伏,是观测数据可视化,不是宇宙外部拍摄的全身照。
WMAP九年数据制作的宇宙微波背景全天图。颜色显示极微小的温度起伏,是观测数据可视化,不是宇宙外部拍摄的全身照。
图片来源:NASA / WMAP Science Team · Wikimedia Commons

还有一点值得记住:这个泡泡是以"我们"为圆心画的。如果某个遥远星系上也有人在看宇宙,他也有自己的泡泡,圆心是他自己。

宇宙才 138 亿岁,可观测范围的直径怎么会有 930 亿光年?

很多人的第一反应是:光一年跑一光年,宇宙才 138 亿岁,光最多跑 138 亿光年,能看到的最远距离应该是 138 亿光年,直径 276 亿光年顶天了——哪来的 930 亿?

答案是:光在飞的这些年,空间本身一直在变大(参见宇宙膨胀)。

再打个比方。一封寄了 138 亿年的信:寄信人寄信的时候就住你隔壁几条街;可邮路太慢,信在路上走了 138 亿年,这期间你们这座城市本身在膨胀,街区被越拉越大,寄信人连人带房被"带"到了非常远的地方。等你收到信、算"他现在离我多远"时,这个距离当然比信实际走过的路程远得多。这里的"城市在膨胀",对应的就是宇宙的空间在膨胀。

宇宙里的事就是这样:那束最古老的光出发时,光源离我们比现在近得多;光飞了约 138 亿年才到,这期间空间膨胀把光源越推越远,按源头“现在的位置”算,微波背景发出区域已在约460亿光年远;可观测范围更外沿的半径约465亿光年。

所以"138 亿年"说的是光飞了多久,“465 亿光年”说的是可观测范围外沿现在离我们多远,930 亿光年则是整个泡泡的直径——两码事,不矛盾。

一眼看懂 / 示意图

光走了多久,和如今相距多远

observable半径约465亿光年直径约930亿光年圈外并非不存在,只是光尚未赶到更远的宇宙

用现今距离表示:可观测范围半径约465亿光年、直径约930亿光年;不是实体外壳。

泡泡外是什么?

不是"一片虚无",大概率还是宇宙:更多的星系、更多的恒星,只是那里的光还来不及赶到地球——而且因为膨胀在加速,其中很多光可能永远赶不到,我们也就永远看不见。

那整个宇宙到底有多大?没人知道。可能是可观测部分的几百倍、几万倍,也可能是无限的——目前的观测两种可能都排除不了。可以确定的是:随着时间推移,更远处的光会陆续赶到,这个泡泡还会扩大,不能简单说半径每年只增加一光年;但按持续加速膨胀的模型,有些区域的光永远到不了我们这里。

两个常见误会

误会一:"宇宙直径 930 亿光年"。 不少新闻标题这么写,其实不准确。930 亿光年是"可观测宇宙"的直径,也就是"看得见的这部分"的直径。整个宇宙多大,上面说了,没人知道。少了"可观测"三个字,意思差了十万八千里。

误会二:"可观测宇宙以我们为圆心,说明地球是宇宙的中心"。 不对。泡泡的圆心是"看的人":你站在哪看,泡泡就以哪为圆心。我们能看到这一圈,只是因为光从各个方向跑到我们这里需要的时间一样,跟地球在宇宙里的地位无关。