【天文在线】将光年换算为公里数，我能计算出宇宙的大小吗？天文|暗能量|科技

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在通过大量的计算后，我的儿子得出的结论是宇宙大约有162000*10^7英里宽。他计算的依据是基于光速186000英里 /秒*宇宙138亿年的估算年龄。当我指出138亿年的膨胀与138亿光年的膨胀并不一样时，他声称我在这一点上犯了基本的错误。我不介意犯错，但我们其中一个人显然在基本理解中误入歧途。如果是我，请纠正我的错误。

从宇宙目前的扩张速度来看，天文学家推断，可观测宇宙的年龄约为138亿年。换句话说，如果我们假设自大爆炸以来宇宙一直在以恒定速率扩张，那么扩张速度告诉我们扩张开始的时间有多早，我们便认为它是宇宙的开端。如果此时宇宙的年龄是138亿年，那么光已经有了138亿年的传播时间，因此在这里“138亿年的年龄”和“138亿光年的距离”表述是完全相同的。

图解：可观测宇宙的模拟全图，室女座超星系团位于中心位置，但因过于渺小以至于看不见。

令人迷惑的是从光年换算到英里。在局部的宇宙中，我们知道换算方法，为了所有的意图和目的，我们生活在一个局部平坦的“欧里几德”宇宙空间中（“欧里几德”空间就意味着平面三角形三个内角之和为180度；这对于在一页纸上来说是正确的[它是平坦的] ，但是对于球面和鞍状面来说就不是了[二者都是曲面的]）。然而当我们关注远距离时，我们必须考虑宇宙的四维曲率。本质上，如果宇宙是平坦的（在一种四维面的时空中，光沿直线传播），且宇宙的膨胀速率保持不变，你的儿子已经为可观测宇宙计算了一个准确的“半径” 。

现在，我们认为你儿子假设的一半是正确的。观测表明，宇宙要么是平坦的，要么是大到曲率可以忽略不计。然而，最近有证据表明宇宙的膨胀速率随着时间的推移而增加；就是说，如今星系正在以比过去更快的速度相互离开。这意味着可观测宇宙的年龄超过138亿年。

这也意味着目前宇宙的能量密度受“暗能量”控制，这是一种具有“负质量”的物质，它将宇宙推开而不是像普通物质那样将它拉在一起（听起来像科幻小说？大部分是因为科学家们仍然不知道暗能量到底是什么……）。在过去，暗能量的存在也会影响宇宙的曲率，于是这就脱离了从光年到英里的转换。这可能是宇宙学家完全避免使用实际距离的最佳理由，除非他们试图准确找出换算因子是什么。

图解：艺术家对可观测宇宙的对数尺度构想，以太阳为中心，朝外是太阳系内行星和外行星，柯伊伯带，奥尔特云，南门二，猎户臂，银河系，仙女座星系，邻近星系，宇宙纤维状结构，宇宙微波辐射以及处在边缘的不可见的大爆炸等离子体。

【天文在线】将光年换算为公里数，我能计算出宇宙的大小吗？。在经历了138亿年的膨胀后，宇宙的“宽度”是138亿还是272亿年？我的儿子断言，因为膨胀的是空间而不是物质，它的总长度=它膨胀的时间。这个逻辑被我忘记了。如果它是在膨胀的，那么它一定是在所有方向同时这样，对于我（公认错误的）的逻辑，它的“最远界限”的必要性是彼此径向移动的，即在一年的膨胀中分开了两年的距离。在这里我混淆了时间和距离吗？

图解：哈勃太空望远镜拍摄的月球背后一小块区域深空图（其中最古老星光几乎等同宇宙的年龄）

请注意，在上面的段落中，我一直小心使用术语“可观测宇宙”而不是宇宙。宇宙本身或者在给定无限时间的情况下我们最终能够看到的最大空间，可能是无限的。在引用宇宙的大小时，我们推断我们可以在一个方向上看到多远（138亿光年）以及我们可以在另一个方向上看到多远（138亿光年），将二者相加可以得到一个大小（272亿光年）。

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因此，每个方向的年龄为138亿光年，这使我们推断我们处于半径为138亿光年的球体的中心，因此宇宙 “跨距”为272亿光年。然而，有欺骗性的地方在于，因为宇宙是均匀的和各向同性的，每个观察者必须测量出宇宙大小是272亿光年……甚至是那些处于我们可观测宇宙“边缘”的人！这意味着要么宇宙足够的弯曲，使得空间在自身上翻倍（就像在球的表面上），或者实际宇宙比可观测宇宙大得多。我们目前认为后一种可能性就是这种情况。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. Kristine Spekkens-astro-进击的大菠-邱比特

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