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宇宙的边缘是什么?一起来穿梭时空,从时间角度看看“边缘”

2019-03-23来源:教育之家
宇宙的边缘是什么?一起来穿梭时空,从时间角度看看“边缘”

模拟的宇宙结构图片显示了其复杂性,但从我们的角度来看,只能看到可观测宇宙。在这个边缘之外还有什么?

问题来了,宇宙的边缘是什么样子的?

我们无法超越,我们无法知道。但我们可以根据现有的所有资料进行一个推测。

138亿年前,我们所知的宇宙是从大爆炸开始的。在这段时间里,空间本身扩大了,物质经历了引力,结果就是我们今天看到的宇宙。尽管如此,我们所能看到的一切还是有一定限制的。在一定的距离之外,星系消失,也许在哪里,宇宙中看不到任何光芒。

如果宇宙的体积是有限的,那么有边界吗?它是什么样子的呢?这个理论的证据又有那些?

在我们的星系附近,看到的恒星和星系在外观和结构上,非常像我们自己的恒星和星系。但是当我们往远处看的时候,似乎看到了宇宙遥远的过去,没有那么有条理,温度更热,更年轻。

宇宙中有很多天体。如果你超过了10万光年,你就超过了银河系的范围。在我们可观测到的宇宙中,可能包含了2万亿个星系,这个数字相较真实来说只可能多,不可能少,而且这还是我们可观测的宇宙。它们的种类、形状、大小和质量多种多样。但是当你看距离越远的星系时,你就会发现一些不寻常的现象:一个星系越远,它就越小,质量越低,星系的颜色就会比靠近我们的星系显得更红。

当我们看到一个距离我们数十亿光年的星系时,它需要数十亿年的时间才能到达我们的眼睛。光需要130亿年才能到达我们的眼睛,所以我们看得远,就相当于是在回首宇宙的过去。

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哈勃极深空的全紫外可见红外合成图像,远距离宇宙观测有史以来最伟大的图像。图片:美国航天局,欧空局,H.Teplitz和M.Rafelski(IPAC/Caltech),A.Koekemoer(STScI),R.Windhorst(亚利桑那州立大学),Z.Levay(STScI)合作。

上面的图像是哈勃极深场(XDF),这是迄今为止拍摄到的最远宇宙的深空图像。在这张图片中有数千个星系,在简单的颜色中,你看不到的是每个星系都有一个与之相关的光谱,星云以非常特殊的波长吸收光。当宇宙膨胀时,波长就会延伸,所以更远的星系就比近处的星系红多了。天体物理学可以帮助我们推断它们的距离。我们来到了更远的地方,所有星系之外,我们会看到第一颗恒星,然后是中性气体,那时宇宙还没有足够的时间使物质成为足够致密的状态,形成一颗恒星。

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因此,从现在的情况来看,我们可以朝任何我们喜欢的方向看,看到同样的宇宙现象。在大爆炸之后138亿年,更早的时候,星系更小,更蓝,更年轻。在那之前,有第一颗恒星,在之前,只有中性原子。在中性原子之前,有电离的等离子体,更早的是自由质子和中子,物质的产生,自由夸克,标准模型中的所有不稳定粒子,最初是大爆炸本身的时刻。寻找更远的距离,就相当于往回看过去。

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虽然这定义了我们的可观测宇宙 ,也就是大爆炸的理论边界距离我们的位置,这个距离有461亿光年,但这并不是一个真正的空间边界,是这个边界只能为我们传递这么多信息,因为光速只允许任何信息在大爆炸后的138亿年内传播。

之前天体物理学家发现宇宙有一种膨胀的状态:宇宙正在以超快的速度膨胀,并被空间本身固有的能量所支配,可能是暗能量暗物质,还可能是其他物质。在这段时间里,空间呈指数增长,在那里它被拉伸成扁平,在任何地方都被赋予了相同的性质。先前存在的粒子都被推开并且拉开了,空间量子场的涨落在宇宙中被拉伸。

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从我们的角度来看,可以观察到的宇宙可能是四百六十亿光年,但是肯定还有更多不可观测的宇宙,甚至可能是无限的宇宙。

我们的位置没有什么特别之处,无论是在空间上还是在时间上。事实上,我们可以看到460亿光年以外的地方,这并不意味着我们所处的边界或位置有什么特别之处。它只是标志着我们所能看到东西的极限。如果我们能以某种方式拍摄整个宇宙的“快照”,超越可观测的部分,它看起来就像我们可观测的宇宙那样。将会由一个巨大的宇宙网,由星系、星系团、细丝和宇宙空隙组成,远远超出我们所能看到的相对较小的区域。任何一个观察者,在任何地方,都会看到一个非常像我们的角度所看到的宇宙。

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个体的细节是不同的,就像我们自己的太阳系、星系、局部群体等细节与任何其他观察者的观点不同一样。但宇宙本身在体积上并不是有限的,只有可观察到的部分是有限的。原因是时间上有一个限制,那就是大爆炸。我们只能通过望远和理论来理解这个限制。在我们弄清楚如何绕过时间观测宇宙之前,这将是我们更好理解宇宙的“边缘”的唯一途径。但在太空空间方面根本没有边缘。

也许,你看到的边缘,只是“别人”大爆炸的起点,你看到的边缘,只是另一个宇宙的起点。

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