本文目录
- 可观测宇宙的大小，是如何计算出来的
- 有人说人类所观测到的太阳系以外的天体都不是它们现在的样子，那观测的意义又是什么
- 地球是可观测宇宙的中心吗为什么
- 怎么观测原子核
- 为什么可观测宇宙之外永远不可观测
- 想买个天文望远镜来观测黑洞，买什么型号的好
- 为什么观测会引起坍塌
可观测宇宙的大小，是如何计算出来的
可观测宇宙
要理解“可观测宇宙”这个概念，我们得先从一个观念说起。我们举个常见的例子：照镜子。
虽然看着是简单的照镜子，但你想过没有，镜子里面真的是你么？或者可以这么问，镜子里的你是现在的你么？
如果你仔细思考一下这个问题，得出的答案很简单，镜子里的你其实是过去的你。
之所以会这样，是因为“光速”，你的脸到镜子，以及镜子的像再到你的眼睛里，是有一段距离的，而光走过这段距离是需要时间的。因此，你看到的其实是过去的自己。通过这个简单的例子，我们就会发现一个问题，如果我们是通过光（电磁波）来进行观测的，那么，我们能观测到的距离和时间是有关系的，时间越长，能观测到的距离就越长，简单来说就是距离等于光速乘以时间。
那可观测宇宙是什么意思呢？说白了就是人类理论上所能看到的最大的范围。我们现在也知道，宇宙并非是永恒的，而是有一个开端，被我们称为宇宙大爆炸。
这个事情发生在138亿年前，也就是说，如果从这个时间算起，通过光速乘以时间，我们可以知道，我们可观测到的范围是以138亿光年为半径的宇宙。意思是说，我们能看到最远的光，它距离我们138亿年光年的恒星发出的光，这时候恰好能达到地球被我们观测到。
不过呢，事情远没有这么简单，这么说吧，目前我们通过观测和计算得到的可观测宇宙的半径是465亿光年，这也要远大于138亿光年，那为什么会这样呢？
宇宙的膨胀效应
这其实是因为宇宙在膨胀，这个膨胀是空间膨胀，宇宙部位的空间都在以同样的方式等比例地膨胀。这就会使得光从远处传播过来的距离变长的，所需的时间也就长了，就像下图这样，可能星系在早期宇宙距离我们1万光年的距离，这个时候已经距离我们10万光年了。
（当然实际要比这夸张多了，我们能看到的最远的光，其实早期只距离我们地球只有4200万光年。）
于是，我们不得不把宇宙的膨胀效应考虑在内。但同时还存在一个问题，宇宙早期是不透明的，光子一直和各种粒子互相乱撞，没有办法自由的在宇宙空间中传播开来，主要的原理就是温度特别高，这有点类似于我们现在说的等离子态。
随着温度逐渐下降，到宇宙38万岁时，这时候光子才开始在宇宙中传播，也就是说，我们能够计算得到的结果，是从宇宙大爆炸之后的第38万年至今的情况。这个通过计算可以得到的结果是半径为461亿光年。
引力波和中微子
你会发现，这个结果和最终的465亿光年还相差了4亿光年，那到底是咋回事呢？
其实，虽然通过光子已经无法观测到宇宙早期的前38万年，但这并不意味着我们就永远看不到了。我们还有其他的办法，那就是引力波和中微子。
引力波是不会受到早期宇宙中物质的状态所影响的，它从宇宙大爆炸之后就开始在宇宙中传播，根本不需要等到38万年后。而中微子也是宇宙早期形成的粒子，由于它不参与强相互作用力和电磁力。因此，中微子具有超强的穿透力，所以它类似于引力波一样，可以在宇宙大爆炸之后不到一秒的时间内就开始在宇宙传播了。
由于引力波和中微子的出现，我们可以再把前38万年的时间也考虑在这内，当然也要把空间膨胀也考虑在内，这就得得出4光年的结果，也才有后来的可观测宇宙半径465亿光年的结果。
最后，我们来总结一下，我们目前能看到的可观测宇宙半径是465亿光年，其中461亿光年是考虑了宇宙膨胀以及温度的问题，我们理论上可以看到的宇宙早期的光是从当时距离地球位置4200万光年处发出的，由于宇宙膨胀效应，如今它距离我们461亿光年。但这也只是宇宙38万岁时发出的光，如果通过观测引力波和中微子，它们从宇宙诞生之初就开始在宇宙传播了，那这个距离就可以再进行延伸，延伸4亿光年，加起来就是465亿光年。
有人说人类所观测到的太阳系以外的天体都不是它们现在的样子，那观测的意义又是什么
感谢悟空邀请。
应该把问题改成人类看到的任何物体都是它以前的样子，但是是0.00001秒前、还是一亿年前就不一定了，这主要取决于和我们之间的距离。
产生这种结果主要是由人眼睛看东西的原理决定的，我们看见的任何物体都是因为它们表面发出光或者反射光到达我们的眼睛，最终才能在大脑中成像。
虽然光速很快、宇宙最快，但是只要有距离那么就会消耗时间。站在你前边一米远处的人，你看的是他身体1/30万公里秒之前反射的光，所以是他之前的样子。那么天文上用望远镜拍摄观测天体其实是相同的道理，你看到的100光年外的恒星，那么就是它100年前的样子。你看到的1亿光年外的天体，它也许现在已经不在了。
所以有一种说法认为我们的眼睛其实是在看宇宙给我们放的录像。
那么观测的意义又是什么哪？
天文学家观测外太空的天体，可以帮助我们了解我们的太阳。宇宙中的所有天体不会全都处在同一个阶段，那么统一时间观测多个不同阶段的恒星，那么就相当于在同一时间了解了一颗恒星从形成到死亡的整个过程。这我们才知道太阳的寿命是100亿年，在进入红巨星时代前会经历激烈的氦闪，所以地球要逃跑、要流浪。
哈勃太空望远镜的继承者韦伯太空望远镜具有更先进的技术，更大的口径，那么它就能观测到更远的位置。按照主流观点认为我们的宇宙起源于138.2亿年前的宇宙大爆炸，那么既然我们看见的是天体过去的样子，那我们能不能看看宇宙年轻的时候？
答案是可以的，韦伯太空望远镜就有这样的科学任务，能观测到宇宙婴儿时期。所以说这样也挺有意义的！
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地球是可观测宇宙的中心吗为什么
地球是可观测宇宙的中心吗？如果不是请说明原因？
我们人类对宇宙的认知，是一个不断深化的过程，而推动这个过程的驱动力量取决于科学理论和探测技术的持续飞跃。从古代借助肉眼观察星空，到近代发明望远镜看到更远处的天体，再到通过光谱红移知道了宇宙膨胀的事实，最终我们得出了可观测宇宙的概念，从这个过程我们可以看出，“可观测”这个词是以人类的视角出发的，我们看不到的地方或者接收不到信息的地方，则不在可观测的范围之内。而我们人类的观点，基本上都是以地球为承载中心展开的，因此从这个角度出发，可观测宇宙的中心自然而然的是地球无疑。
可观测宇宙的范围是如何确定的呢？这里面涉及到光的运行和宇宙膨胀两者关系的问题，即这两个运动本身速度的对比。关于光速的测定，从17世纪开始，很多科学先驱就作过很多种实验来证明光是具有一定速度的，比如丹麦天文学家罗默通过观测从木星的卫星食现象发生的时间差，与地球轨道直径的关系中计算出了光速；英国天文学家布莱德雷通过恒星视位置的周期性变化测算出了光速；另外还有包括光线反射、旋转齿轮、旋转镜等大地测量方法，到现代进行修正光速的微波谐振腔法、激光测距法等等，最终在1975年国际计量大会上确定了光速值为299792.458公里每秒。
爱因斯坦在提出狭义相对论以后，其中一条基本前提就是光速不变原理，认为所有的物体运动物理性质不会因为参照系的不同而发生改变，同时光速在不同的惯性参照系内速度始终保持不变，所有物质的运动速度都不会超过光速。根据狭义相对论，确立了物体运动状态的改变，会对其运动过程中所经历的时间和空间状态产生改变，由此推导得出在物理学领域应用广泛的质速方程、质能方程以及尺缩、钟慢效应方程，对人类深入认识宏观宇宙的发展和演化提供了理论依据。
在宇宙膨胀方面，人们一开始认为宇宙是一个始终处于静态的状态，还没有宇宙的形成和今后演化方向的概念，爱因斯坦在随后提出广义相对论时，进一步拓宽了相对论的适用范围，将宇宙万物之间的作用归结为引力，据此提出引力场方程，为了修正因引力带来宇宙变化的影响，他在引力场方程中引入了宇宙常数的概念。
不过，后来哈勃通过对遥远造父星系发出到达地球光线的光谱进行分析时，发现光谱有向红端移动的倾向，表明目标星体在随着时间的推移不断远离地球，而且距离越远，这种红移的效应就越明显，从而证明了宇宙正在膨胀且处于加速膨胀的事实，因此爱因斯坦不得不重新修正引力场方程，将宇宙常数删除。
根据宇宙膨胀的结论，科学家们将这一现象反推，认为存在着一个膨胀的起点，也就是宇宙现有物质的最初来源点和起源时间。于是科学家们根据目标星系的退行速度与观测点之间的距离的比例关系（哈勃定律），来反推退行所需要的时间，继而得到宇宙的年龄为138.2亿年这一数值。而推测出来宇宙起源的这个起点，科学家们冠以“奇点”之名。从奇点爆炸以来，宇宙相继经历了爆炸瞬间的急剧膨胀、减速膨胀以及再次加速的三个主要阶段。其中我们现在所处的再次加速阶段产生的原因，科学界的主流观点是暗能量的驱动。
那么，在暗能量提供的排斥力、星体的万有引力之间就会存在着一个相互抗衡的综合结果，谁占据上峰，则所带来的效应就会抵消另一种力量的影响。而在宇宙空间中的表现来看，就势必存在着一个以地球为中心的临界面，在此临界面之外，膨胀速度大于光线的传输速度，以我们现有技术手段就无法观测得到；而在此临界面之内，光线的传输速度大于膨胀速度，来自目标星体的光线就有可能会传输到地球被我们捕捉到，只不过光线的传输时间，由于空间膨胀使得传输距离被拉长，因此所经历的时间要比没有膨胀时间长。
通过科学家们的观测和研究分析，这个临界面距离地球的距离为465亿光年，这也是“可观测宇宙”半径的由来。而在可观测宇宙之外宇宙还有多大，现在谁也说不清楚，有的科学家根据现有宇宙空间的弯曲系数推测，整个宇宙的直径应该在23万亿光年，当然我们以现有手段无法看到可观测宇宙之外的情形。
从以上分析可以看出，可观测宇宙是基于观测点的位置所决定的，我们现有的研究都建立在地球之上，当然地球是默认的可观测宇宙中心；如果我们有能力移居到别的星球上，那么在那个星球上的可观测宇宙，将是以新的星球为中心，半径为465亿光年的球体空间。试想一下，如果在地球的可观测宇宙之外，存在着其他文明，如果还是建立在像地球现在这样以电磁理论和相对论为基础的物理学体系，那么其可观测宇宙也将是以他们所在的星球为中心，展现出的一个全新的465亿半径球体空间。
怎么观测原子核
宇宙尺度中，一大一小都不太容易观察，原子的直径大小为10^(-10) m，原子核的尺度是10^(-15)m，人肉眼能够识别的最小单位约0.1mm，也就是10^(-4) m。
所以直接观测原子核是无法实现了，那么人类究竟是怎么观测到原子核的？
原子核首次发现是间接观察到的。
这就是著名的α粒子散射实验，1912年卢瑟福用α粒子轰击金箔，发现绝大多数α粒子会沿着原方向前进，有的α粒子发生了小角度的偏转，仅有极为少量的α粒子偏转角度达到了180°，比例只占到了两万分之一，也就相当于这些α粒子被反弹回来了。
图示：卢瑟福散射实验装置
由此实验可以确认两个事实：
1、原子的内部较为空阔
2、原子内部有一个体积较小，且带有正电荷的粒子
原子核无法用光学显微镜观测
原子核虽小，但是整个原子的“精华”所在。由于原子的尺度已经小于了可见光的光波长度，而光学显微镜的观测原理就是将被观测物质的反射波进行放大，这样我们即使用光学显微镜将原子放大10^6倍后还是无法观测到，用光学显微镜观测原子核就更没有可能。
新的方法可以直接观测到原子核吗？
连可见光的尺度都在原子尺度之上了，那有没有其它方法呢？科学家想到了用尺度更小的电子去当“侦察兵”，这就是获得诺贝尔物理学奖的电子显微镜，电子显微镜的工作原理其实和光学显微镜类似，只是用电子束和电子透镜代替了光束和光学透镜，主动射出电子束，电子束与被观测样品会发生如散射、衍射等现象，经过电子透镜处理后就形成了吸收像和衍射像。
但电子显微镜能够观测的尺度仅是纳米尺度，也就是最多可以观测到原子的尺度，但事实上也不是原子真实的图像，因为原子核的虽小，但是势场范围较大，电子探针只要达到原子核的视场范围就会被偏转，实际上电子显微镜观测到地是原子核的势场，也不是真实的原子状态，更无法看到原子内部的精细结构，如原子核和电子等。
上图所示为另一个神器——扫描隧道显微镜下的铁原子，图片中是用扫描隧道显微镜操纵48个铁原子组成的圆环，背景是干净的铜板，根本看不出什么原子的精细结构。
上图是我国科学家用扫描隧道显微镜操纵原子写下的中国两个字，也是无法看清原子结构，与国外的分辨率相比，还差一点。
综上，以目前的科技手段是无法直接观测到原子核真实结构的。
今天的科普就到这里了，更多科普欢迎关注本号！
为什么可观测宇宙之外永远不可观测
谢邀请！
原创思想，这可能宇宙的物质性就是这样的，有观测性而就没有尽头性的观测性了，有可视性的而就有着不可视性的了。而存在出来一切的物质性东西，总是有着适可而止的渐渐的出现了，而又是适可而止的渐渐消失了。总是有着这样的远近距离参数性似的，这样的现象性可能就是时空性的一种场变性的反应性或扭曲性了，而既有着时空性的物质性运动性，而又有着时空性的间隔性的空虚性了，这就是所谓的时间性了。而时间性其实就是时空性的若隐若现性的反应性了。而宇宙任何的物质性东西，其实就是时空性的作用性而反应出来的了。所以我们所观察到的物质性东西，由于是时空性的二面性的，而就永远都是只能观测到时空性的一面性了，而时空性的另一面性就是永远也不可能观测得出来的了。但不知是不是这样的认为，而下面就交给砖家们继续的讨论吧！
想买个天文望远镜来观测黑洞，买什么型号的好
如果题主想要买天文望远镜来观测黑洞，建议先入个门，先买一架哈勃太空望远镜练练手。哈勃售价大概15亿美元，折合人民币100亿元。不过，不知道NASA肯不肯卖？或者肯不肯再新造一架？
如果题主预算高一些，可以考虑NASA正在新造的更强望远镜——詹姆斯·韦伯太空望远镜。这架望远镜功能比哈勃强很多，当然售价也就高很多，估计为96.6亿美元，折合人民币660亿元。
用这两架望远镜来观测宇宙，看到广义相对论所预言的引力透镜效应是没有问题的，上图就是哈勃曾经拍摄到的爱因斯坦环。但如果想要用它们来直接观测黑洞是不行的，因为黑洞会把光都吞掉，所以黑洞是无法直接看到的。不过，可以通过观测黑洞周围的恒星运动规律来间接探测黑洞的存在。
如果题主特别想研究黑洞，可以考虑入手事件视界望远镜，这种望远镜可以研究星系中心的超大质量黑洞的事件视界尺度结构。事件视界望远镜是全球合作项目，其造价可能与哈勃差不多。
为什么观测会引起坍塌
答：这个问题，目前没有定论，但是我可以谈一点我自己的想法。
关于波函数坍塌的探讨，有著名思想实验——薛定谔的猫，该实验有点唯心的意思，这也是最容易被唯心主义利用的地方。
在量子力学中，一旦对量子不确定性进行测量，那么量子行为就会发生波函数坍塌，也就是说，谁也无法观察到坍塌前的图像，那么我们有多大信心，说坍塌前图像存在呢？
或许波函数并非坍塌，只是我们缺少了某些数据和机理，一旦我们掌握了这些数据和机理，那么就不需要波函数，更不会有坍塌一说。
可令人失望的是，这样的诠释正是爱因斯坦支持的隐变量诠释，在2015年，已经被无漏洞的贝尔不等式实验所否定。
所以，目前最佳的解决办法，就是相信哥本哈根诠释，我们观察了就发生波函数坍塌，至于为什么会坍塌，哥本哈根诠释禁止谈论，因为波函数坍塌就是量子力学的基本原理。
难道你会死心眼地，去追问作用力和反作用力为何相等吗？
所以，我们还是老老实实接受波函数坍塌吧，目前真没有更好的诠释，如果有，我也想知道呢！
好啦！我的答案就到这里，喜欢我们答案的读者朋友，记得点击关注我们——艾伯史密斯！
