宇宙如此神秘,人类真的了解宇宙吗?据上世纪天文物理学家的推测,宇宙的诞生源自大爆炸。
这一假说先后经过哈勃、伽莫夫等物理学家的发展,已经被世界广为认可,并逐渐得出宇宙起源假说。
后人也一直在这个基础上对宇宙进行观测和研究,但至今为止,人类的认知依旧是有限,人类对宇宙的探索是永无止境的。
探索宇宙是人类一生的命题
那么宇宙究竟有多大?宇宙之外还有些什么存在?人类对宇宙的观测到了什么地步?粒子视界下的宇宙又是什么样的?
在人类已知范围内,宇宙规模已达到直径920亿光年,但比起宇宙之外的浩渺空间而言,宇宙真的像原子一般渺小吗?
宇宙究竟有多大?
宇宙有多大?这个问题简单又复杂,简单在于只需要回答一个数字,复杂在于人类找不到真实准确的数字。
根据光在宇宙中传播的时间和速度,科学家们计算演绎出,宇宙可观测范围的半径约为460亿光年,直径即为920亿光年。
这个数字是非常夸张的,但还在人类的认知范围之内,但宇宙只有这么大吗?
不同的科学家对这个问题的看法各有不同,但若是从大爆炸这个角度看,宇宙大爆炸约是发生在138亿年之前,爆炸之后物质不断膨胀,相互之间朝不同方向不断运动。
物质在运动过程中与周围物质发生反应,形成不同天体,又构成不同星系,最终才组成整个宇宙。
如今哈勃望远镜可以观测到距离地球130亿光年之外,但这并不是宇宙的边界。
因为在爆炸后的这138亿年里,宇宙仍然处在不断膨胀的状态中,星系的位置也在不断变化。
所以我们今天观测到的星系或许不久之后就无法观测到,这些星系不是消失在宇宙中了,而是消失在我们可观测的范围中了。
既然我们已经知道了宇宙在不断膨胀,那么研究者们是否可以根据宇宙膨胀的速度,来推测宇宙的大小?
答案是很难,根据“光行时”,科学家们计算出可观测宇宙的半径大约在460亿光年左右,但既然有可观测的部分,就有不可观测的部分,而这一部分是当前技术到达不了的领域。
宇宙之外有什么?
根据哈勃定理,距离我们越远的星系退行速度越快,所以只要星系距离我们够远,其退行速度就会超过光速。
空间内的物体移动变化看起来会比光速快,但实际上移动的是空间而不是物体本身。
这种变化最终将会导致远离视界的天体会变得无法观测,因为光速没能突破这种距离变化,从而限制了我们可观测宇宙的大小。
也就是说,很有可能还有很多星系的光从未传到过地球上,地球人类也永远无法观测到这些遥远的星系,它们很多可能存在于可观测宇宙之外的不可观测部分之中。
按照人类目前发科技水平,我们很难推断出不可观测宇宙的大小,也不可能知道里面星系的分布。
另外,物体运动也不可能超过光速,这种空间尺度的膨胀即便是光速也无法追赶。
目前科学家们也无法确定宇宙中的这种膨胀是否会停止,但如果这种膨胀是永无止境的,宇宙中的物质就会越来越分散,而到了一定程度时,我们目前可观测到的星系也会消失,地球就会真正孤独的存在于这片宇宙了。
现在让我们回到宇宙膨胀上来,随着时间的推移,构成宇宙的空间就会出现更多变化,包括空间中的物质和能量。
不乏有人提出“宇宙细胞化”,我们存在的宇宙可能只是空间宇宙的其中一个,它被一个更大的空间所囊括。
或者在更高维度的空间中,宇宙也会发生重叠,这些我们都不得而知。
宇宙边界究竟是什么样子?科学家们也有过很多预测,其中有一种说法是:宇宙很可能像细胞分裂一样,作为宇宙整体的一部分而产生。
也就是说,宇宙跟宇宙之外相比,就像一个细胞那么渺小,甚至只是个原子而已,若果真如此,那么宇宙之大实在是太可怕了。
人类看到的宇宙有多少?
根据科学家们的观测,宇宙在可观察范围内,尺度已经达到了920亿光年,推测科学家们认为,在可观测宇宙中,可能存在2万亿个星系。
令人震惊的是,这还不是全部,如果从宇宙本身这个概念出发,我们所了解到的宇宙规模实际上相比宇宙之“外”,如同原子一般小。
可以这么说,从可观测的角度看,宇宙中的任何一个位置都可以作为观测中心,但不论从哪里观测,宇宙都找不到边界。
人类对宇宙的观测是有限的,这种有限不是被观测限制了,而是被“光”限制了。
在物理学上,光速是299792458米/秒,由此可见光速也是有上限的。
光速的上限决定了信号的传输也存在着一个最远距离,由于没有信号传过来,一旦超过这个距离,就检测不到任何信息。
这一情况的存在直接影响了人类对宇宙的观测和研究,与科技局限不同的是,如果是科技受限,在未来还可以寻求突破的方法,但光速的上限是完全无法人为提高的。
人类目前可观测范围内的宇宙,都是以地球为中心展开的。例如我们所处的太阳系直径大约在2万光年,若以当前人类最快的速度飞行,可能要花上一个世纪都不一定能够飞出太阳系。
如果我们永远都被限制在速度上面的话,人类可能穷极一生都无法探寻到宇宙边界。
粒子视界下的宇宙是什么样的?
何为粒子视界?这里需要说明的是,粒子视界是观测者所能看到粒子光的最大范围。
为了方便理解,可以与地平线相类比,地平线是指地面与天空的分界线,而粒子视界则是宇宙可观测区域和不可观测区域的分界线。
自宇宙形成之际,宇宙中存在的物质之间就有一定距离,不论是在天体与天体之间,或是星系与星系之间。
如果从宇宙大爆炸理论出发,宇宙依然处在不断膨胀的状态中,那么物质之间的距离就会不断变大。
人类在观测宇宙时,通常是处在一个相对静止的状态,然而物质的运动却是绝对的。
所以,只要运动存在,距离会一直存在。
不难想象,天体与天体之间的距离,就像背道而驰的汽车,会随着运动时间的增加而增加。
从二维角度看,天体之间的直线距离在不断增加;从三维角度看,其位置在不断变化更新。
所以说,宇宙中一切物质的运动变化都具有同时性,它们运动的距离在物理意义上称为“共动视界”,时间单位被称为“共形时间”。
至今为止,人类能探寻到的宇宙,其实只有920亿光年,数字虽然庞大但尚可接受。
然而人类看到的宇宙之外还是宇宙,这个范围和边界是人类永远到达不了的。
如此看来,“宇宙细胞化”并不是毫无道理,它更像是一个形象的比喻。
如果说整个宇宙是一个庞大的体系,那么可观测宇宙确实小得如同原子的存在。
但值得一提的是,如果可观测宇宙的范围持续扩大,迟早有一天它会“成长”为更大的粒子。
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