12萬億光年!宇宙的盡頭有多遠?

2021-01-09 火星科普

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在地球上,每時每刻都有來自宇宙的光抵達地球。通過天文望遠鏡接收到來自宇宙的光,就能看到宇宙中的天體。不過,我們並不能看到無限遠的宇宙,我們所能看到的宇宙只是整個宇宙的一小部分,這是為什麼呢?

關於這個問題,首先就要說到光速問題。人類對於光速的研究已經有很長的歷史,光速到底有多快長久以來一直困擾著人類。

直到天文學家通過木星衛星的星蝕現象,首次證明光速並非無限快,其速度估計為23萬公裡/秒。隨後經過一系列精度更高實驗的測量,光速的測量變得越來越精確。最終,光速被人們定義為299792458米/秒,即每秒將近30萬公裡。

另一方面,哈勃當年通過星系退行的規律發現宇宙空間正在膨脹。如果把時間倒退回去,宇宙會比現在更小。如果倒退到時間的盡頭,宇宙將會縮小成沒有空間的奇點,這被認為是宇宙的起源。

根據標準宇宙模型以及精度最高的宇宙微波背景輻射數據,宇宙的起源時間估計為距今138億年前。我們的宇宙並沒有存在無限漫長的時間,宇宙形成於138億年前的無窮小奇點。

基於上述兩個事實,我們只能看到有限大小的宇宙。那麼,我們所能看到的宇宙有多大呢?

在過去的138億年裡,光最遠傳播了138億光年。但理論上,可觀測宇宙的半徑估計為465億光年,遠超138億光年。也就是說,空間的膨脹速度超過了光速。但愛因斯坦又說,光速是不能超越的,這是否有矛盾?

事實上,愛因斯坦所說的光速極限是指物體的運動速度或者信息的傳播速度不能超光速。但空間結構本身既不是物體,也不是信息,更不是能量,其膨脹速度可以超過光速。

由於空間快速膨脹,這會讓宇宙中相距足夠遠的星系以超光速互相退行。根據哈勃常數估算,這個臨界距離約為140億光年。

對於140億光年之內的星系,它們遠離銀河系的速度小於光速,它們發出的光最終能夠抵達銀河系,傳播到地球上被我們觀測到。但對於140億光年之外的星系,它們遠離銀河系的速度大於光速。因此,那些遙遠星系發出的光不會朝著我們運動,而是越來越遠離我們,這意味著它們永遠也無法被我們觀測到。

既然如此,為什麼可觀測宇宙的半徑又會達到465億光年?

宇宙誕生之後的最初階段經歷過遠超光速的暴脹過程,這導致宇宙中只有一部分光源的光最終能夠抵達地球。經過138億年的時間之後,最初那些可見光源隨著宇宙膨脹,最遠退行到465億光年之外,這就是可觀測宇宙的邊界。

既然有可觀測宇宙,那就有不可觀測宇宙,最初那些超光速膨脹的宇宙部分無法被我們觀測到。宇宙不可見部分極為浩瀚,遠超可觀測宇宙,半徑估計可達12萬億光年。

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    事實上,無論是宇宙大爆炸理論,還是相對論,都是科學界廣為接受的理論,這兩者並不存在衝突。而且宇宙的直徑並非930億光年,也不是138億光年,而是至少達到24萬億光年。無論我們沿著何方望向宇宙的盡頭,最終只能看到宇宙微波背景輻射。隨著空間膨脹,當年那些輻射出這些光子的物質已經退行到距離地球465億光年的地方,這就是可觀測宇宙的盡頭。
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  • 宇宙年齡僅138億年,但直徑卻有24萬億光年,為什麼會超光速?
    事實上,無論是宇宙大爆炸理論,還是相對論,都是科學界廣為接受的理論,這兩者並不存在衝突。而且宇宙的直徑並非930億光年,也不是138億光年,而是至少達到24萬億光年。930億光年只是可觀測宇宙的大小,地球位於這個範圍的中心。
  • 宇宙年齡僅138億年,但直徑卻有24萬億光年,為什麼會超光速?
    宇宙的半徑不應該是「宇宙年齡×光速=138億光年」嗎?事實上,無論是宇宙大爆炸理論,還是相對論,都是科學界廣為接受的理論,這兩者並不存在衝突。而且宇宙的直徑並非930億光年,也不是138億光年,而是至少達到24萬億光年。930億光年只是可觀測宇宙的大小,地球位於這個範圍的中心。
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    過去,宇宙普遍被認為是永恆存在的,沒有起源時間。隨著現代天文學的發展,天文學家發現了宇宙在膨脹。如果把時間倒退回去,宇宙會越來越小。直至時間的盡頭,宇宙成了一個奇點,這被認為是宇宙的起源。根據目前最為精確的觀測數據,宇宙的起源時間為距今138億年前,宇宙從奇點大爆炸中創生。
  • 138億光年外的宇宙是什麼?那裡是宇宙的盡頭嗎?
    如果把時間倒退回去,宇宙會越來越小。直至時間的盡頭,宇宙成了一個奇點,這被認為是宇宙的起源。之所以稱之為背景輻射,是因為它們是最為古老的光子,而且均勻地分布在宇宙的各個角落。當我們望向時間的盡頭時,最終所能看到的光子就是宇宙微波背景輻射。更早之前的宇宙沒有自由光子,我們無法看到當時的情況。光速是宇宙最快速度,光在1年的時間裡可以前進1光年的距離。宇宙誕生至今已有138億年,這意味著光最遠傳播了138億光年。那麼,138億光年外的宇宙是什麼?那裡是宇宙的盡頭嗎?
  • 宇宙的盡頭是個啥樣子
    很多人一直很好奇,宇宙有盡頭嗎?如果有盡頭是個啥樣子呢?宇宙之外又有些什麼稀奇古怪的事情發生呢?可時空通訊的回答會使很多人大大失望,人類窮其整個生存期,不管這個生存期有多少億年,都只能在這個宇宙中活動,既看不到也摸不到宇宙的邊緣。
  • 直徑930億光年的可觀測宇宙是啥意思?真正的宇宙有幾萬億光年嗎?
    雖然宇宙非常大,大的超出我們的想像,但也不能隨意說它有幾萬億光年,這需要觀測和計算。根據現在138.2億歲的宇宙年齡,人們計算出可觀測宇宙是以地球(觀測者)為中心,直徑為930億光年(因為宇宙空間是超光速膨脹,所以大於138億光年)的宇宙範圍。
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    光速究竟有多快?一光年究竟有多遠?光速約為每秒30萬公裡。光年則是9.46萬億公裡。在天文學領域,光年是距離單位,而不是速度單位。它指的是光子在宇宙中以光速傳播一年的距離。通過計算,我們可以得到大約9.46萬億公裡的光年距離。
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    到宇宙邊緣有多遠?如果您想像的那樣深入太空,會遇到什麼?您可以走多遠,還是可以無限行進?您最終會回到起點還是會繼續遍歷從未遇到過的空間?換句話說,宇宙是否有優勢?如果有,優勢在哪裡?信不信由你,實際上有三種方法可以考慮這個問題,並且每種方法都有不同的答案。
  • 宇宙的時間盡頭有多久遠?
    宇宙是否有一個起源時間?時間是否有盡頭?這可謂是人類長久以來最想揭開的一系列重大問題之一。隨著現代天文學的發展,這個問題已經有了初步的答案。早前的人們普遍認為,宇宙是穩恆態的,其存在時間是無限的,過去和未來的時間都是無窮無盡的。對此,19世紀的天文學家奧伯斯提出了一個觀點來反駁宇宙時間的無限。
  • 宇宙的時間盡頭有多久遠?
    宇宙存在了多長時間?宇宙是否有一個起源時間?時間是否有盡頭?這可謂是人類長久以來最想揭開的一系列重大問題之一。隨著現代天文學的發展,這個問題已經有了初步的答案。早前的人們普遍認為,宇宙是穩恆態的,其存在時間是無限的,過去和未來的時間都是無窮無盡的。對此,19世紀的天文學家奧伯斯提出了一個觀點來反駁宇宙時間的無限。
  • 直徑930億光年的可觀測宇宙到底是什麼意思?真正的宇宙有多大?有幾萬億光年嗎?
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    米,以這樣的速度奔跑了一年,可想而知這個距離有多遠。那麼作為一個長度單位,一光年的距離是多遠呢?其實我們完全可以自己計算一下,只要知道一年的時間,把其細分成秒數,乘以光的秒速,就能得出一光年的距離了。一般認為一年的時間是365天,我們以光速每秒行走29.98萬千米來算,可以得出如下的算式和數據:29.98×60×60×24×365=945449280萬千米,但是曆法和天文學上所用的紀年方式是回歸年和恆星年,那麼我們以多出六個小時來計算,將多出64.8億公裡,把這個數值再加上去,就是9.46萬億千米左右了