09.13 宇宙的邊緣是什麼?一起來穿梭時空,從時間角度看看“邊緣”

宇宙的邊緣是什麼?一起來穿梭時空,從時間角度看看“邊緣”

模擬的宇宙結構圖片顯示了其複雜性,但從我們的角度來看,只能看到可觀測宇宙。在這個邊緣之外還有什麼?

問題來了,宇宙的邊緣是什麼樣子的?

我們無法超越,我們無法知道。但我們可以根據現有的所有資料進行一個推測。

138億年前,我們所知的宇宙是從大爆炸開始的。在這段時間裡,空間本身擴大了,物質經歷了引力,結果就是我們今天看到的宇宙。儘管如此,我們所能看到的一切還是有一定限制的。在一定的距離之外,星系消失,也許在哪裡,宇宙中看不到任何光芒。

如果宇宙的體積是有限的,那麼有邊界嗎?它是什麼樣子的呢?這個理論的證據又有那些?

在我們的星系附近,看到的恆星和星系在外觀和結構上,非常像我們自己的恆星和星系。但是當我們往遠處看的時候,似乎看到了宇宙遙遠的過去,沒有那麼有條理,溫度更熱,更年輕。

宇宙中有很多天體。如果你超過了10萬光年,你就超過了銀河系的範圍。在我們可觀測到的宇宙中,可能包含了2萬億個星系,這個數字相較真實來說只可能多,不可能少,而且這還是我們可觀測的宇宙。它們的種類、形狀、大小和質量多種多樣。但是當你看距離越遠的星系時,你就會發現一些不尋常的現象:一個星系越遠,它就越小,質量越低,星系的顏色就會比靠近我們的星系顯得更紅。

當我們看到一個距離我們數十億光年的星系時,它需要數十億年的時間才能到達我們的眼睛。光需要130億年才能到達我們的眼睛,所以我們看得遠,就相當於是在回首宇宙的過去。

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哈勃極深空的全紫外可見紅外合成圖像,遠距離宇宙觀測有史以來最偉大的圖像。圖片:美國航天局,歐空局,H.Teplitz和M.Rafelski(IPAC/Caltech),A.Koekemoer(STScI),R.Windhorst(亞利桑那州立大學),Z.Levay(STScI)合作。

上面的圖像是哈勃極深場(XDF),這是迄今為止拍攝到的最遠宇宙的深空圖像。在這張圖片中有數千個星系,在簡單的顏色中,你看不到的是每個星系都有一個與之相關的光譜,星雲以非常特殊的波長吸收光。當宇宙膨脹時,波長就會延伸,所以更遠的星系就比近處的星系紅多了。天體物理學可以幫助我們推斷它們的距離。我們來到了更遠的地方,所有星系之外,我們會看到第一顆恆星,然後是中性氣體,那時宇宙還沒有足夠的時間使物質成為足夠緻密的狀態,形成一顆恆星。

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因此,從現在的情況來看,我們可以朝任何我們喜歡的方向看,看到同樣的宇宙現象。在大爆炸之後138億年,更早的時候,星系更小,更藍,更年輕。在那之前,有第一顆恆星,在之前,只有中性原子。在中性原子之前,有電離的等離子體,更早的是自由質子和中子,物質的產生,自由夸克,標準模型中的所有不穩定粒子,最初是大爆炸本身的時刻。尋找更遠的距離,就相當於往回看過去。

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雖然這定義了我們的可觀測宇宙 ,也就是大爆炸的理論邊界距離我們的位置,這個距離有461億光年,但這並不是一個真正的空間邊界,是這個邊界只能為我們傳遞這麼多信息,因為光速只允許任何信息在大爆炸後的138億年內傳播。

之前天體物理學家發現宇宙有一種膨脹的狀態:宇宙正在以超快的速度膨脹,並被空間本身固有的能量所支配,可能是暗能量暗物質,還可能是其他物質。在這段時間裡,空間呈指數增長,在那裡它被拉伸成扁平,在任何地方都被賦予了相同的性質。先前存在的粒子都被推開並且拉開了,空間量子場的漲落在宇宙中被拉伸。

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從我們的角度來看,可以觀察到的宇宙可能是四百六十億光年,但是肯定還有更多不可觀測的宇宙,甚至可能是無限的宇宙。

我們的位置沒有什麼特別之處,無論是在空間上還是在時間上。事實上,我們可以看到460億光年以外的地方,這並不意味著我們所處的邊界或位置有什麼特別之處。它只是標誌著我們所能看到東西的極限。如果我們能以某種方式拍攝整個宇宙的“快照”,超越可觀測的部分,它看起來就像我們可觀測的宇宙那樣。將會由一個巨大的宇宙網,由星系、星系團、細絲和宇宙空隙組成,遠遠超出我們所能看到的相對較小的區域。任何一個觀察者,在任何地方,都會看到一個非常像我們的角度所看到的宇宙。

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個體的細節是不同的,就像我們自己的太陽系、星系、局部群體等細節與任何其他觀察者的觀點不同一樣。但宇宙本身在體積上並不是有限的,只有可觀察到的部分是有限的。原因是時間上有一個限制,那就是大爆炸。我們只能通過望遠和理論來理解這個限制。在我們弄清楚如何繞過時間觀測宇宙之前,這將是我們更好理解宇宙的“邊緣”的唯一途徑。但在太空空間方面根本沒有邊緣。

也許,你看到的邊緣,只是“別人”大爆炸的起點,你看到的邊緣,只是另一個宇宙的起點。


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