#天文#宇宙终极谜题之一：发生大爆炸前，它原本有多大？
你可能会认为宇宙是无限的 ， 老实说 ， 它可能真的是无限的 ， 但我们并不能确定 。多亏了大爆炸——宇宙有生日的事实 ， 或者我们只能回溯有限的时间——还有光速是有限的事实 ， 使我们只能看到有限的宇宙 。到今天 ， 可观测的宇宙已经有138亿岁了 ， 它向四面八方延伸了461亿光年 。那么在138亿年前 ， 它到底有多大呢？乔·密斯卡岱想了解这些问题:
关于宇宙膨胀结束后宇宙的大小 ， 我读过非常不同的解释 。一种说法是它大约是0.77厘米 ， 另一种说法是它大约是足球大小 ， 而还有一种说法是它比可观测宇宙还要大 。那么到底是哪一个 ， 还是介于它们之间呢？
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图像来源：美国宇航局（NASA） ， 欧洲空间局（ESA） ， R·温德霍斯特 ， S·科恩 ， M·梅切利（亚利桑那州立大学） ， R·奥康内尔（弗吉尼亚大学） ， P·麦卡锡（卡内基天文台） ， N·阿蒂（加州大学河滨分校） ， R·赖安（加利福尼亚大学戴维斯分校）以及H·扬（俄亥俄州立大学）
今年对于爱因斯坦以及空间与时间性质的问题来说是非常好的一年 ， 因为今年是广义相对论诞生100周年纪念 ， 这是非常合时宜的 。我们先来谈谈能看到的宇宙吧 。
当我们在望远镜所能看到的范围内看向遥远的星系时 ， 有一些东西是很容易测量的 ， 这其中包括它的红移是多少 ， 或者说它的光在静止惯性参考系中偏移了多少；它看起来有多亮 ， 或者说我们可以从远处的物体上测量出目视星等是多少；它看起来有多大 ， 或者它在天空中的目视角直径有多大 。
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图像来源：欧洲南方天文台/意国家天体物理研究所-VST望远镜/OmegaCAM相机
致谢：OmegaCEN研究中心/Astro-WISE组织/Kapteyn天文协会
这些是非常重要的 ， 因为如果我们知道光速是多少(这是我们确切知道的为数不多的事情之一) ， 以及我们所看到的物体实质上有多亮或多大(我们认为自己知道的;更多的是在一秒钟内) ， 然后我们可以利用这些信息来知道任何物体的实际距离 。
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图像来源：美国宇航局（NASA）/加州理工学院喷气推进实验室
实际上 ， 我们只能估计一个物体到底有多亮或多大 ， 因为这里面有一些假设的存在 。如果你看到一颗超新星在一个遥远的星系中爆炸 ， 你会假设你知道超新星的本征亮度是如何建立在你所看到的附近的超新星的基础上 ， 但是你也假设超新星爆炸的环境是相似的 ， 超新星本身也是相似的 ， 你和超新星之间没有任何东西能改变你接收到的信号 。天文学家将这三类效应称为演化（如果较老/较远的天体本质上不同）、环境（如果这些天体的位置与我们认为的相差很大）和消光（如果尘埃之类的东西挡住了光线）效应 ， 此外 ， 可能有我们不知道的效应在起作用 。
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图像来源：斯隆数字巡天（SDSS） ， 包括当前调查的深度 。
但是 ， 如果我们对我们看到的物体的固有亮度(或大小)的判断是正确的 ， 那么基于简单的亮度/距离关系 ， 我们就可以确定这些物体离我们有多远 。此外 ， 通过测量它们的红移 ， 我们可以知道宇宙在光传播到我们的时间里膨胀了多少 。因为在物质和能量与空间和时间之间有一个非常明确的关系——正如爱因斯坦广义相对论告诉我们的一般——我们可以利用这些信息来计算出当今宇宙中所有不同形式的物质和能量的所有不同组合 。
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