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可观测宇宙直径930亿光年,超过这个距离,就是宇宙的边界吗?

星海漫游2022-03-22深空探索618
现代宇宙学始于上世纪初在科学家的不断深入研究下,有关宇宙的谜题渐渐清晰,但包括爱因斯坦在内的一众物理学家在一开始都认为宇宙是静止且永恒的,时间和空间都没有尽头。直到1929年,美国天文学家埃德温哈勃发

现代宇宙学始于上世纪初

可观测宇宙直径930亿光年,超过这个距离,就是宇宙的边界吗?


在科学家的不断深入研究下,有关宇宙的谜题渐渐清晰,但包括爱因斯坦在内的一众物理学家在一开始都认为宇宙是静止且永恒的,时间空间都没有尽头。

可观测宇宙直径930亿光年,超过这个距离,就是宇宙的边界吗?


直到1929年,美国天文学家埃德温哈勃发现所有星系都在互相远离,它们并非是静止不动的。结合观测事实和相关研究,人们这才认识到宇宙不是永恒的,同地球上的万物一样,宇宙也有始有终。

宇宙是否存在边界呢?

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要探索宇宙边界,就要从能够观测到的宇宙谈起,由于光在宇宙中充当着信使的角色,且光的速度是恒定的,所以通过光到达地球时间就可以推算出地球天体之间的距离,比如地月距离测定就是靠激光来完成的。

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对于那些系外恒星和星系们,天文学界采用的是光谱测距,因为恒星表面光的颜色不是一成不变的,而是会随着时间的推移改变颜色。

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天文学家可以基于它们的颜色,推算出恒星从诞生起共发出了多少能量,通过比较恒星的真实亮度和从地球看过去的亮度差异,推算出它们到地球的大概距离。

然而对宇宙来说,光速还是太慢了

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每秒30万公里的光速根本不足以将信息传递到可观测宇宙的每个角落,因此人类永远也无法看到宇宙的全貌,此外由于宇宙时空的超光速膨胀,145亿光年外的星系退行速度就正式超过光速了,所以超过这个距离的星系就等同于和人类失联。

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宇宙诞生138.2亿年后的今天,能被人类文明到达并联系上的星系,只占了可观测宇宙星系总量的3%,未来随着宇宙空间的加速膨胀,这一占比还会继续下降。

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直径930亿光年可观测宇宙,只是目前我们能看到的宇宙而已,并不是真实宇宙的边缘,在我们看不见的黑暗之处宇宙仍在扩张,而且扩张的速度远远超过光速,所以说宇宙并不存在边界,至少不存在观测意义上的边界

可观测宇宙向下逐级放大,我们会看到这样一副景象:

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在百亿到十亿光年尺度上,超星系团会成为宇宙长城的节点,绵延几十亿上百亿光年的宇宙长城组成的网状结构,被占比近七成的暗能量分割。

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将视野缩小十倍,距离拉到了1亿光年,中心密集的星系开始变得清晰起来,银河系正位于拉尼亚凯亚超星系团内的室女座超星系团中。

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1000万光年尺度下,本星系团和本星系群开始显现出来,直径18万光年的银河系基本轮廓也能隐约辨认出来。

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百万光年到十万光年尺度上,银河系将成为视野主体,我们的太阳系就位于其中的猎户座旋臂上,10光年到1光年尺度上,太阳将和周围恒星一起置身于本地泡中,这个尺度再往下就是渺小如尘埃般的地球了。

根据爱因斯坦的广义相对论

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我们宇宙的最终形状很可能跟地球类似,属于一个有界无边的球体,具体来说是一个闭合的四维超球体,因此就像轮船无法离开地球,只能不断回到原点一样,未来人类驾驶飞船一直朝一个方向飞,最后大概率也会回到起点,因为不论是人类还是飞船都是三维物体。

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就像离开地球必须用火箭在另一个方向发力一样,未来人类想跳出目前的三维宇宙亲眼看见宇宙的全貌或者说边界,也得先进入四维空间才行。

然而针对四维,人类目前还一无所知

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爱因斯坦晚年研究的大统一理论如果成功,如果真把四大基本力融合到一个框架内,找到了宇宙的内在相似性,那么也许人类真的能突破维度桎梏进入高维空间,进而看到宇宙真实的边界形状。

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可惜爱因斯坦直到去世也未能完成他的理论,更可惜的是,直到今天物理学界也始终没再出现类似爱因斯坦这样的物理学家。


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