人類能否跨越930億光年的宇宙邊界?

在這個世界上有我們無法跨越的邊界嗎?那個邊界無論我們怎樣努力永遠都無法到達?事實上,其實存在這樣的極限。即使有科幻小說裡的技術,我們依舊會被困在宇宙的“口袋”裡。這是為什麼?而我們能到達的極限距離到底是多遠?


人類能否跨越930億光年的宇宙邊界?

太陽系在銀河系中的位置

宇宙有多大?

我們的太陽系在銀河系的一條相對空曠的旋臂裡,銀河系是一個普通的棒型旋渦星系,直徑約10萬光年,中心厚度約為1.2萬光年,有1000-4000億顆恆星和大量的星團,星雲,還有各種各樣的星際氣體和塵埃。在星系中心,有一個超大質量黑洞。遠遠看去,我們的星系看起來非常稠密。但事實上,它的大多數地方由一無所有的空間組成。以我們目前的技術,到離我們最近的恆星需要數千年,所以對我們而言,銀河系是相當大的。銀河系跟著仙女座星系和其他50多個矮星系組成了本星系群的一部分;一個有一千多萬光年的區域直徑的空間,它是數百星系群中的一個,這些星系群組成範圍達到5.2億光年的“拉尼亞凱亞超星系團”。而宇宙中有許多個跟它類似的超星系團,構成了目前為止我們可觀測的宇宙,直徑930億光年的超大空間。

人類能否跨越930億光年的宇宙邊界?

本星系群

這個跨度是如今的人類無法想象的,畢竟我們連太陽系的門都沒出過。但是未來如果我們有幸發展到了第三型文明,並且不會被地外高級智慧生命侵略,或者各種宇宙天災毀滅,基於我們目前所理解的物理學進行星際旅行。在這種最樂觀的情況下,我們人類到底可以走多遠?其實並不遠,人類最終能到達的極限只能是本星系群,這是人類能夠參與的最大的活動範圍。這個範圍在我們看來很大,但卻只佔0.00000000001%的可觀測宇宙,也就是可觀測宇宙裡的一百十億分之一的空間。

那麼為什麼只能是本星系群?

宇宙虛空並不是真的虛無一物的真空,它本身擁有能量,叫做“ 量子漲落”。是粒子和反粒子不斷誕生和湮滅造成的在空間任意位置對於能量的暫時變化。


人類能否跨越930億光年的宇宙邊界?

量子漲落

你可以把這種量子漲落想象成沼澤中冒泡的地方,一個擁有高密度和低密度的區域。為了解答這個問題,我們要回到138億多年前,當宇宙還是一片虛無的時候。一個緻密熾熱的奇點在大爆炸之後極速膨脹,可觀測宇宙僅僅在幾分之一秒從一個玻璃球大小暴脹到萬億公里,在這個暴漲期,“量子漲落”會呈現宇宙級的均勻拉伸,就像在一個氣球上的兩個點,由於不斷充氣從一開始只有小小亞原子之間的距離成為了現在銀河系規模的距離,這就意味著宇宙中分佈著“熱點”和“冷點”,它們在微觀和宏觀上分別對應著物質密集和稀疏的區域,在宇宙膨脹過程中,密度高的“熱點”區域由於物質的聚集,使得引力逐漸佔據上風,然後重新開始把萬物拉回到一起,從宇宙的大尺度上來看,稀疏的引力無法對抗宇宙膨脹的力量,所以不能把所有的東西都牽制住,但是在小範圍的地方來看,聚集的引力卻能戰勝宇宙膨脹的力量。因此,隨著時間的推移,密度較大的區域,物質聚集成長為星系群。


人類能否跨越930億光年的宇宙邊界?

熱點和冷點最直觀的表現:宇宙微波背景輻射

那麼問題來了,為什麼我們不能從我們的本星系群到別的星系群去?原因就是“暗能量”,一種看不見卻又真實存在的神秘力量。大約60億年前,宇宙開始充滿了暗能量,它是一種無形的作用力,能使宇宙加速膨脹。我們目前仍然不知道暗能量是什麼,它無形且無法觀測,但是我們可以通過間接的方式清楚的觀測到它導致的結果。在早期的宇宙中,本星系群裡有比較大的“冷點”,但是物質的聚集這些本星系群增長到數千集群的超大星系,按理說這個寵大的引力應該讓我們周圍環繞許多星系星團,但現實是沒有一個星團或星系會被我們的本星系群的引力吸引,所以我們現在知道了,隨著宇宙膨脹得越多,不同星系群之間的距離就會變得越大。而且隨著時間的推移,暗能量會逐漸將我們從宇宙中孤立起來,使我們最終變得無法接觸到其他星系群體。它們都在用難以置信的速度離我們遠去。當然我們也可以試著離開本星系群,然後嘗試飛越星系間的星際空間,但最終我們會發現在這個空曠的黑暗空間中,我們永遠不會到達任何地方。

在遙遠未來的宇宙,每個星系群都將融合一個孤立的系統,而我們的本星系群因為暗物質的粘合作用和引力將變得更加緊密,並且合併在一起,最終在數十億年後形成一個名為“米高梅”的巨大星系。但由於暗物質的消彌,暗能量的增長,這些孤立的星系之間仍將加速遠離。如果那時的人類沒有因為本星系群的融合而滅絕,他們就會發現,無盡的夜空不再是滿天群星閃爍的繁榮景象,由於宇宙膨脹的速度遠遠大於光速,其它遠離的星系發出的光子將永遠無法傳播到人類所在的星系,所以那時的人類如果不能破解宇宙萬物的本質,超越光速,超越宇宙膨脹的速度,就再也無法觀測到除本星系團外的任何星系,也不會看到這個宇宙曾經有著930億光年的可觀測距離,他們能看到的只有無盡的虛無與黑暗。而我們能在這個時代以生命不足百年的光景見到群星的光輝璀璨和宇宙的無窮壯麗,回溯宇宙的過去和推演宇宙的未來,而且還有幾十億年時間去探索這個未知的宇宙,這無疑是幸運的。


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