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要找到这条边,我们的宇宙到底有多大呢?

时间:2019-07-05 07:18 来源:菜叶 作者: 菜叶

​人类的思想总是被未知的事物所吸引。好奇心一次又一次地点燃了探索的欲望。让我带你们进入这个宇宙的深渊,一个黑暗本身害怕存在的地方。

穿越宇宙不仅仅是穿越空间,也是穿越时间。在我们开始之前,让我们先来看看一些事实。要找到这条边,我们首先要知道宇宙的大小。我们的宇宙预计有137.72亿年的历史,非常古老。那么我们的宇宙到底有多大呢?今天科学家估计它的宽度为28.5千兆Parsecs。为了了解它到底有多大,让我们来看看天文单位的基础知识。

1个单位的‘Parsecs’有多大?

要理解parsec是如何定义的,首先应该知道天文单位(AU)是什么。1au基本上是太阳到地球的平均距离(大约1.5亿千米)。因此,parsec被定义为三角形的最长边,其最短边是1 AU并且在相对顶点处对着一个弧秒的角度。

超越宇宙边缘:跨越930亿光年的旅程

 

​简单计算一下,1Parsecs= 3.26光年

那么,光年是什么?它是光在一年内走过的距离,大约是94.6万亿公里。宇宙半径是28.5千兆Parsecs,也就是930亿光年,879780000000000000000000公里。它是无法想象的巨大。这里有一些小知识,地球上所有人类的DNA加起来的长度,如果被拉伸,将会有1190亿光年长,但这是另一个故事了。

如果你仔细看,这里的距离有点不对劲。众所周知,光速是绝对最大速度。那么,如果宇宙137亿年了,为什么宇宙的半径是930亿光年呢?从技术上讲,如果一个物体在大爆炸之后以光速运动,那么它现在应该已经走了137亿光年,不多也不少。超过这个限度,所有的物质从何而来?

哈勃定律

它指出,在深太空中观察到的物体被发现是红移的。这是解决矛盾的关键。红移,顾名思义,就是光的波长向光谱的红端移动。增加光的波长。但是为什么波长会扩大呢?可能有两个原因,引力场或空间膨胀。

当我们说,宇宙在膨胀的时候,不仅仅是物体在互相远离,空间本身也在膨胀!这就是一切疯狂的地方:而且膨胀还在加速!人们认为暗物质和暗能量对这种行为有很强的影响。所以,当估算宇宙的宽度时,需要考虑由于空间膨胀而产生的额外距离。

所以,宇宙的边缘显然不在离地球130亿光年的地方。估计远不止这些!宇宙一开始就有边缘吗?也许吧,也许没有。但是,我们当然可以探索如果有一个边缘会是什么样子。没有办法准确地证明或反驳它。相反,我们能做的是推测。

人类能看到的最远的天体是什么?

仙女座星系距离地球约253万光年。严格来说,它是夜空中肉眼能看到的最远的物体。你看到的几乎整个夜空都是恒星和银河系的其他实体。

让我们走得更远,到离地球160亿光年的地方。这标志着当前宇宙的视界。到了宇宙边缘了?还没有。这个距离是到达我们的光的上限,如果它起源于今天的这个距离。这意味着,超过160亿光年,空间的膨胀速度超过了光速。很明显,光永远无法到达我们,因为它必须穿过一个相对膨胀的空间。这也意味着,今天可能发生在宇宙视界之外的任何事件,无论发生什么,我们都无法观测到。

但是我们可以通过望远镜看到更远的地方。

超越宇宙边缘:跨越930亿光年的旅程

 

​在离地球320亿光年的地方,你会发现GN-z11,这是迄今为止观测到的最远的星系。这个距离的计算也考虑了空间的膨胀。我们主要观察的是134亿年前的结构。要知道,光是由这些结构发出的,在过去,当它们在宇宙事件视界内时,因此我们能够看到它们。他们本质上是原始自我的幽灵。我们需要更进一步。我们能更进一步吗?让我们来看看。

我们观察和探索宇宙最重要的方法之一就是分析光波或电磁波。很明显,我们的观测受到光的限制,光通过万古太空到达地球。我们所寻求的答案可能隐藏在宇宙的远古之光中。

光子起源的时代

超越宇宙边缘:跨越930亿光年的旅程

 

​要理解这一点,我们必须回到大爆炸发生后大约37.7万年。它被称为“重新组合”的时代,标志着第一个中性氢原子的起源。那么它有什么特别之处呢?当这些原子形成时,它们的电子处于激发态,因此会立即失去能量,进入更稳定的状态。那么失去的能量呢?它们以光子的形式发射。这个时代还以光子解耦为标志,光子起源于物质,可以在不受物质束缚的空间中自由移动。今天,130亿年后,我们人类观察到这些原始的光子作为宇宙微波背景辐射。有趣的是,这种辐射是均匀的,到处都是!不像星系或其他宇宙实体的辐射,我们无法确定它来自何处。

往前走,距离地球大约460亿光年,我们到达了所谓的“最后散射的表面”。不管你看的方向是什么,你都能观察到。最后一次散射的表面就像一个均匀的雾球,宇宙微波背景辐射的第一个光子就是从这个雾球中经过重新组合和光子解耦而产生的。与名字相反,它是第一次散射光的起源,但也是我们能观测到的最后一次。

这是宇宙的边缘吗?从技术上讲,这是太空中最远的点,也是我们能观测到的最远的时间点。这实际上形成了“可观测宇宙”的边缘。甚至在那之上的是所谓的“不透明宇宙”。

这标志着我们所能观察到的极限,而不是我们所能想象到的极限。现在让我们甚至超越可观测宇宙的边缘。那里可能存在什么?一直以来,我们只探索了遥远的过去太空中某一点上存在的东西。一个更难以想象的问题是,现在那里可能存在什么?

可观测宇宙的边缘也标志着粒子视界,即人们能看到过去的最大距离。到目前为止,我们所看到的一切都是从保持地球在中心的角度出发,并随着距离将时间缩放到过去。

想象一下,在当前的时间里,你的星系间孪生兄弟相对于地球生活在粒子视界上。如果他朝地球看,他只会观察宇宙微波背景辐射。这是否意味着宇宙又延伸到了460亿光年?如果我们有星系间的三胞胎,他们能以某种方式瞬间相互沟通,那会怎样?如果他们每个人都生活在各自可观测宇宙的粒子视界上,他们会看到什么?如果我们把两个三胞胎放在粒子视界上完全相反的位置它们的粒子视界与地球相交。粒子视界的另一端也会与地球相交吗?

在这一点上,有一个不可避免的问题要问。宇宙是无限的吗?

要回答这个问题,我们必须参考我爱因斯坦的著作。这里要说明的一个事实是,我们的宇宙出奇地平坦。从爱因斯坦的相对论,可以直接估计,一个平坦的宇宙一定是无限的。所以,问题就解决了吗?因此宇宙没有边界和尽头?不像你想的那样。

我所说的“平”并不是你现在想象的那样。是时候理解拓扑和几何的区别了。最好也是最著名的解释方法就是平行线。平坦的几何结构具有完整的平行线,即使拓扑结构或它们在空间中的组织方式发生了变化。

正如天体物理学家保罗·萨特所解释的,“拿出一张纸,上面有两条平行线。把一端绕到另一端,形成一个圆柱体。仔细观察平行线——它们仍然是平行的,不是吗?那是因为圆柱体是平的。

你首先听到的是:圆柱体是平的。

超越宇宙边缘:跨越930亿光年的旅程

 

​宇宙有一个平坦的几何形状,但有一个未知和不可预测的拓扑结构。宇宙均匀微波背景辐射的存在本身就说明了这一事实。即使如此,由于测量的各种不一致,我们也不能确定宇宙的不确定性。平坦的宇宙本身就存在与最初的大爆炸理论相矛盾的问题。如果宇宙现在是平的,那么它从一开始就应该是平的,但事实似乎并非如此。这可以通过使用通货膨胀的概念来解决,而通货膨胀的概念又带有它自己的推测。

我们有很多其他理论,比如多元宇宙和弦理论,来解释我们所处的神奇领域。如果我们所处的一切只是一个外星人实体的模拟,或者更糟的是,一个外星人小孩随机得到一个科学项目,我不会感到惊讶。说到底,我们还不能确定宇宙是有限的还是无限的,甚至不能确定宇宙是否存在尽头。也许,这种不确定性中的确定性正是天文学真正令人惊讶的地方。有一件事是肯定的,宇宙边缘之外的一切都是全能的上帝所知道的,人类永远也不会发现,但是,人类将继续探索这个虚无的深渊,希望有一天一切背后的真相会被发现。

标签:宇宙有多大