宇宙到底有多大？

突然被問到這問題，想必一下子很難回答清楚吧。

宇宙似乎不像普通的事物一樣有個大小的限度，而是一直處於膨脹之中。這就是所謂的宇宙宇宙膨脹說。但是，宇宙真的在膨脹嗎？有什麼證據嗎？我們來把它和愛因斯坦的相對論放在一起來解釋。

宇宙誕生以來已137億年！解明進化之史！

據說宇宙誕生至今已過了137億年。一下子說137億年讓人很難想象，不如想想這個，太陽誕生於46億年前，地球也基本在同時期誕生。

也就是說宇宙的年齡是地球的三倍以上。有名的大爆炸宇宙論說的是在137億年前宇宙在一場巨大的“爆炸”中誕生，這一理論中所提出的宇宙對比現實的宇宙，二者有一致的地方。

大爆炸宇宙論和宇宙的進化過程

宇宙的開端，大爆炸的伊始，所有能量都被壓縮在數毫米大小中，宇宙仍處於火球狀態。十萬分之一秒後，宇宙在膨脹的同時溫度逐漸下降，電子、正電子、夸克、光子等基本粒子開始產生。三分鐘後，基本粒子互相結合，原子核形成。30萬年後，宇宙溫度進一步下降，原子開始形成，自由電子數量減少，光可以從宇宙中透出，宇宙開始變亮。10億年後，物質因引力作用聚集在一起，開始形成原星系和星系團。現在（137億年後），宇宙仍在持續膨脹，也仍有新的星星在形成。

大爆炸理論的問題在於宇宙的所有品質均從這一個奇點而來，這個密度無限大的點究竟是什麼？它是怎麼來的？在大爆炸前發生了什麼？這些問題現在仍是未解之謎。

宇宙膨脹說的開端是廣義相對論

愛因斯坦於1917年開始著手研究宇宙，憑他計算出的宇宙方程式，他意外得出了宇宙會因自重最終坍縮的結論。

愛因斯坦猜想，既然這樣無法得出靜態宇宙的結論，那麼應該有一種與引力相互抵抗的“萬有斥力”來使宇宙保持靜態。

（順便一提，在現代宇宙論中，這種萬有斥力對應的是暗能量。）

同一年，荷蘭天文學家威廉·德西特（Willem de Sitter）從另一個視角——真空進行研究。他得出的驚人結論是，宇宙是因自身攜帶的物質而持續膨脹的。

這和愛因斯坦最開始得出的結論是完全相反的。但哈勃望遠鏡在1929年的觀測結果為宇宙膨脹說提供了證據。

哈勃望遠鏡被用於分析從星系深處射出的光線的光譜。它以造父變星為基準測定了20個星系，發現各星系光譜中存在紅移，其距離為等比增長。

紅移和多普勒效應有何關係？

紅移，指的是光源在遠離觀測者時，其波長變長，波譜向紅光移動的現象。觀測時星系呈紅色，也就是說它在發出紅色的光。

與之相反，觀測在逐漸靠近的星系是會觀察到它顯藍色。

這一現象與能在生活中觀測到的多普勒效應有共同點。

多普勒效應在日常生活中被運用在警車、救護車上。距離離得較近時警報聲聽起來聲音音調較高，距離拉遠時聽起來音調較低。

這是因為距聲源較近時聲音的波長較短，逐漸遠離時波長變長，光的波長也是如此。

圖解：銀河：此處指星系，左側黑字：從距離較近的星系接收到的波長較短，右側黑字：從距離較遠的星系接收到的波長較長

此外，哈勃發現，星系在光譜上的紅移和它的距離成正比。這說明，已處在遠處的星系正在加速遠離我們。

這條有關星系的移動速度和距離間的關係後來被命名為哈勃定律，宇宙膨脹說也擁有了一個強力證據。

宇宙的未來會是怎樣？

上述內容主要是給大家說明了宇宙是在持續膨脹的，那麼有人不禁要問了，宇宙會一直這麼持續膨脹下去嗎？還是說早晚會開始收縮？

宇宙膨脹的條件是——大爆炸時所產生的張力，大於物質品質所產生的引力（重力）。

換言之，張力大時宇宙會永遠保持膨脹，反之引力較大時宇宙終究會迎來收縮的一天。

這兩種力勢均力敵時會互相抵消，即使宇宙仍在持續膨脹，最終還是會迎來速度逐漸降為零的一天，成為平衡宇宙。

圖解：圖示題：3種宇宙模型的大小與時間的關係，橫軸：時間，縱軸：宇宙的大小，三條曲線從上至下：開放宇宙、平衡宇宙、閉合宇宙

關於宇宙的未來，過去的大部分學者都支援重力最終將佔優勢，膨脹速度會下降，宇宙迎來收縮。

但在1998年，某宇宙膨脹速度研究小組發現宇宙是自誕生後70億年才開始加速膨脹的，並把它作為了新的宇宙未來模型。這一張力的原動力被稱為暗能量。有一說法稱：如果暗能量持續加速增加至無限大時，宇宙中的基本粒子也會因擴張而碎裂。

像這樣關於宇宙膨脹及其範圍的理論有很多種，而靠現在的科學技術是無法知道宇宙會膨脹到何處的。

由此一來查明暗能量究竟是何物就顯得尤為重要了。不過話說回來我們連它是否真的存在都不清楚，也許從此就踏入神之領域也說不定呢。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. hideo002-梓現