我們可能經常看到說宇宙的直徑是930億光年,然後可能會產生這樣的疑問:那930億光年外是什麼?是宇宙的邊緣嗎?其實答案很簡單:930億光年外還是我們的宇宙。但這樣回答有小朋友就不樂意了,既然還是我們的宇宙,那為什麼說宇宙是930億光年的呢?這就要從930億光年的來歷說起。
大家可能注意到了,這裡說的是宇宙的直徑930億光年,半徑也就是465億光年了。直徑一般是用在圓(平面二維)或球(立體三維)上的,我們的宇宙是立體的,所以自然就是一個半徑為465億光年的球了。那麼這個球就是我們的宇宙了嗎?如果去到這個球的邊緣上會怎麼樣?伸出手去會不會摸到天使?
這個問題的答案很奇怪:你到不了這個邊緣,原因是這個邊緣會隨著你動……我們現在所說的這個直徑930億光年、半徑465億光年的球宇宙其實是我們的可觀測宇宙。
什麼是可觀測宇宙
顧名思義,可觀測宇宙就是你能看到的宇宙,當然這個「看」是包括了所有的觀測方式。但我們知道,在我們的宇宙裡,光速是所有信息傳播速度的極限,沒有比光速更快的信息傳播方式了,這是廣義相對論給出的時空限制,目前在我們的宇宙裡沒有發現反例。而根據天文觀測發現,所有的遠方星系都在遠離地球,並且距離越遠,遠離的速度越快,這意味著我們所處的宇宙正在膨脹。當宇宙沿膨脹回溯回去,宇宙中的所有星系會聚集回一點,這大約需要經過138億年,也就是我們的宇宙誕生於138億年前。
那麼很明顯,138億年前誕生的宇宙裡的任何信息在宇宙中都只傳播了138億年,不會更長了,而由於光速極限,138億年裡最早發出的信息也只傳播了138億光年,這138億光年理論上就是我們的觀測極限了。見鬼,前面不是說好的930億光年嗎?嗯對,前面也說了我們所處的宇宙正在膨脹。由於宇宙持續膨脹,原來信息走過138億光年的距離已經拉大到465億光年了,也就是說那個在138億年前向我們發送信息,經過138億年信息到達我們地球時,那個信息源已經在465億光年外了,而這才是我們理論的可觀測宇宙的邊緣,而這個半徑465億光年的可觀測宇宙的直徑就是930億光年。
接近光速飛行時宇宙變得奇怪
但由於宇宙是各向同性的,如果你以較低的速度無論往哪個方向飛出去,你都永遠處在可觀測宇宙的球心上,也就是說你所能觀測到的宇宙在各個方向上是一樣的,不會因為你往一個方向飛,那個方向的可觀測宇宙邊緣就能近一點。但當你以無限接近光速的速度飛出去,你的世界可就變得詭異了。當你以接近光速的速度向一個方向飛,由於相對論效應,你所測量到的宇宙將不再是各向同性的,你會發現前進方向有更多的星系藍移,更少的星系紅移,而在你的後方,將是所有的星系都在紅移,並且後方的星系比前方的星係數量少得多。在你前進方向兩側的星系形狀則變得很奇怪,扁扁的。如果有一個在飛船上長大的科學家,根據這些觀測結果也許就推理不出宇宙大爆炸了……
假如他足夠聰明最終還是能推理出宇宙大爆炸,那麼他得到的宇宙年齡也會跟我們測到的大不一樣,由於相對論效應下的時間膨脹,他測量到的宇宙年齡將大大小於138億年,我以前曾經提出過一種詭異的情況,假如一個30歲進入飛船並加速到無限接近光速後,他再次測量到的宇宙年齡很可能比他自己的年齡還小,也就是宇宙誕生不到30年……
觸摸到宇宙的邊緣
那麼真的無法到達宇宙的邊緣嗎?有辦法,根據前面由於無限接近光速飛行而變得詭異的宇宙,如果再快一點,達到光速會如何?按照相對論,你的運動方向上將尺縮為0,距離消失了,你也就到達了你的可觀測宇宙的邊緣,其實可以說是你的宇宙邊緣,是「你的」,但很遺憾,同時消失的還有你的時間,在光速下你將失去時間維度,你的時間終結了……
既然沒有了時間,自然也沒有了所謂的觀測,也就沒有了所謂的可觀測宇宙,甚至…沒有宇宙……因為這一切都與你無關了。
當然,這一切都不會發生,因為沒有人能夠達到光速,除非,你跟一堆與你身體相同的反物質完全湮滅,從而變成高能光子,但這個時候,你已經不是你了,在湮滅那一刻,你已經不存在了,那一堆反物質就是你宇宙的邊緣……