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无论是地球，还是太阳，或者拥有上千亿颗恒星的银河系，都只是宇宙的一小部分。宇宙中包含不计其数的星系、星系际介质、各种辐射以及未知的暗物质和暗能量，那么，这些东西（质能等价关系E=mc^2）加起来会有多重呢？或者说宇宙会有多重呢？

宇宙的演化过程

哈勃在20世纪初的发现，让人们首次认识到宇宙空间在膨胀，宇宙并不是处于稳恒态。而到了20世纪末，天文学家进一步发现空间的膨胀速率在持续增加。再结合其他独立的证据，天文学家大致了解到宇宙的演化进程。

宇宙起源于138亿年前的奇点，最初的纯能量转变为如今宇宙中的各种物质和辐射。由于宇宙一开始经历过超光速的空间暴胀，这使得我们现在只能观测到半径为465亿光年的范围，这就是所谓的可观测宇宙。

在可观测宇宙之外，那里的光还没来得及进入我们的观测范围，所以我们不可能知道整个宇宙的情况。因此，这里讨论的宇宙质量指的是可观测宇宙的质量。

如何测量可观测宇宙的质量？

虽然宇宙空间现在还在加速膨胀，但如果宇宙中的质能密度足够大，引力将会让空间膨胀逐渐变慢，直至停止，甚至还会演变成坍缩的状态。因此，有一个特殊的密度会决定宇宙的命运，这个密度被称为宇宙临界密度。

不仅如此，宇宙临界密度还会影响到宇宙的几何形状。如果宇宙密度等于临界密度，宇宙空间就会是平坦的。如果它高于这个临界值，物质的引力会迫使空间具有正曲率。如果它小于临界值，空间会有负曲率。

如何测量宇宙的密度？

在宇宙诞生之后的前38万年里，宇宙是不透明的，因为那时的宇宙密度和温度较高，电子、氢离子和氦离子等离子体充满了整个宇宙，光子被带电粒子束缚住。直到空间膨胀到足够大之后，光子获得自由，它们开始传向宇宙的各个角落。

138亿年过去了，宇宙最初的自由光子还非常均匀地弥漫在整个宇宙中。只是随着空间膨胀，这些光子的波长逐渐变长，它们已成为肉眼不可见的微波，这些遍布宇宙的最古老光子就被称为宇宙微波背景辐射。

宇宙微波背景辐射记录了早期宇宙的物质和能量的信息，通过测量宇宙微波背景辐射图谱中显示为明亮和暗淡的区域，可以推测出宇宙的密度。因为物质对光施加引力，使其轨迹弯曲。当微波背景光子向我们传播时，它们的路径被宇宙中的物质弯曲了。宇宙中物质越多，光路弯曲的越多，天空中出现的振荡区域就越大。

根据威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）在2015年公布的数据，宇宙空间几乎是平坦的，这意味着宇宙的质能密度接近于临界密度，约为9.9×10^-27千克/立方米。由此可见，宇宙密度极小，空间极其空旷。

根据可观测宇宙的半径，可以算出可观测宇宙的体积约为3.57×10^80立方米：

V=4/3πr^3

=4/3×3.14159×(299792458×3600×24×365.25×465×10^8)^3

≈3.57×10^80立方米

再把体积乘以密度可得，可观测宇宙中的质能总量为3.53×10^54千克。另外，在宇宙所有质能中，大约有5%是普通物质（重子构成的物质），它们的总质量约为1.8×10^53千克，相当于1000万亿亿个太阳的质量。