宇宙有多重？相當於1000兆億個太陽的質量！

無論是地球，還是太陽，或者擁有上千億顆恆星的銀河系，都只是宇宙的一小部分。宇宙中包含不計其數的星系、星系際介質、各種異塵餘生以及未知的暗物質和暗能量，那麽，這些東西（質能等價關係E=mc^2）加起來會有多重呢？或者說宇宙會有多重呢？

宇宙的演化過程

哈勃在20世紀初的發現，讓人們首次認識到宇宙空間在膨脹，宇宙並不是處於穩恆態。而到了20世紀末，天文學家進一步發現空間的膨脹速率在持續增加。再結合其他獨立的證據，天文學家大致了解到宇宙的演化進程。

宇宙起源於138億年前的奇點，最初的純能量轉變為如今宇宙中的各種物質和異塵餘生。由於宇宙一開始經歷過超光速的空間暴脹，這使得我們現在只能觀測到半徑為465億光年的範圍，這就是所謂的可觀測宇宙。

在可觀測宇宙之外，那裡的光還沒來得及進入我們的觀測範圍，所以我們不可能知道整個宇宙的情況。因此，這裡討論的宇宙質量指的是可觀測宇宙的質量。

如何測量可觀測宇宙的質量？

雖然宇宙空間現在還在加速膨脹，但如果宇宙中的質能密度足夠大，引力將會讓空間膨脹逐漸變慢，直至停止，甚至還會演變成坍縮的狀態。因此，有一個特殊的密度會決定宇宙的命運，這個密度被稱為宇宙臨界密度。

不僅如此，宇宙臨界密度還會影響到宇宙的幾何形狀。如果宇宙密度等於臨界密度，宇宙空間就會是平坦的。如果它高於這個臨界值，物質的引力會迫使空間具有正曲率。如果它小於臨界值，空間會有負曲率。

如何測量宇宙的密度？

在宇宙誕生之後的前38萬年裡，宇宙是不透明的，因為那時的宇宙密度和溫度較高，電子、氫離子和氦離子等離子體充滿了整個宇宙，光子被帶電粒子束縛住。直到空間膨脹到足夠大之後，光子獲得自由，它們開始傳向宇宙的各個角落。

138億年過去了，宇宙最初的自由光子還非常均勻地彌漫在整個宇宙中。只是隨著空間膨脹，這些光子的波長逐漸變長，它們已成為肉眼不可見的微波，這些遍布宇宙的最古老光子就被稱為宇宙微波背景異塵餘生。

宇宙微波背景異塵餘生記錄了早期宇宙的物質和能量的信息，通過測量宇宙微波背景異塵餘生圖譜中顯示為明亮和暗淡的區域，可以推測出宇宙的密度。因為物質對光施加引力，使其軌跡彎曲。當微波背景光子向我們傳播時，它們的路徑被宇宙中的物質彎曲了。宇宙中物質越多，光路彎曲的越多，天空中出現的振蕩區域就越大。

根據威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）在2015年公布的數據，宇宙空間幾乎是平坦的，這意味著宇宙的質能密度接近於臨界密度，約為9.9×10^-27千克/立方米。由此可見，宇宙密度極小，空間極其空曠。

根據可觀測宇宙的半徑，可以算出可觀測宇宙的體積約為3.57×10^80立方米（V=4/3πr^3）。再把體積乘以密度可得，可觀測宇宙中的質能總量為3.53×10^54千克。另外，在宇宙所有質能中，大約有5%是普通物質（重子構成的物質），它們的總質量約為1.8×10^53千克，相當於1000兆億個太陽的質量。