要搞清楚這個問題,我們要弄清楚人是如何看到東西。
人是如何看到東西的?
人之所以能夠看到一樣東西,是因為有光子進入了眼睛當中,而且還必須得是足夠量的光子數。那這些光子咋來的呢?其實要麼是這個東西本身發光,要麼就是它能夠反射光。我們白天能夠看到各種事物,實際上就是因為這些事物反射了太陽光到我們的眼睛裡。
而我們用望遠鏡來天體其實也是同樣的動體,這個天體得有光子來地球,並且被你所用到的望遠鏡所接收才行。
所以,這就存在一個問題,那就是你所看到的其實都是過去,為什麼這麼說呢?因為光速是有上限速度的,這個速度是299,792,458m/s,所以光子到達你的眼睛時,其實已經過去了一些時間。就拿我們看到的太陽光來說,它就是8分17秒之前,從太陽表面輻射出來的。
就拿我們照鏡子,鏡子裡的自己也不是現在的自己,而是過去的自己。
所以,在天文學上,我們常常使用「光年」這樣的概念,其實這是一個距離單位而不是時間單位,這裡指的是光跑一年的距離,這個距離是:9.46×10^12千米。
而我們的宇宙從大爆炸之初至今,已經有138億年。所以,我們能看到幾百萬光年開外的天體輻射出來的光,並不是什麼稀奇的事情。因此,這就是距離我們幾百萬光年的天體在幾萬年前發出來的光。這裡多強調一句,光子的靜止質量為零,所以,只要有沒有被吸收或者遮擋,它就會一直跑,不會停下來。
可觀測宇宙半徑為什麼是465億光年?
其實稀奇的是,我們現在的可觀測宇宙半徑是465億光年,也就是理論上我們能觀測到的最大的尺度。照理說,其實應該是138億光年才對,為什麼憑空多出這麼多。
這裡其實就需要把宇宙膨脹考慮進入。話說138億年前,發生了宇宙大爆炸,這也就是我們這個宇宙的起源,大爆炸之後,宇宙空間迅速的膨脹,而且這個膨脹一直持續至今。但是宇宙空間的膨脹其實很多人想像中的不太一樣。它其實是一個等比例膨脹的過程,
如果我們把宇宙空間想像成一個麵包,那這個麵包就是等比例地在變大。
因此,如果考慮到宇宙空間的膨脹狀態。你就會發現一個問題,有些光雖然是衝著地球方向跑過來,但是它所在的空間卻在遠離地球。這就好比有個人朝著你跑來,但是他腳下卻是正在遠離你的直行電梯,那麼他朝著你的速度其實就是他的速度減去電梯的速度。同理,如果有光子朝著地球跑來,拿它的速度由於宇宙膨脹效應的存在,時間上是要打折扣的。
而且,我們要知道的是宇宙的有一些地方遠離地球的速度其實已經超過了光速,這就意味著,這些地方的光我們永遠也看不到了。而且宇宙在距今40億年前,宇宙開始加速膨脹,這就意味著,會有越來越多的區域,是我們看不到的。
因此,其實在地球上能看到的宇宙是有限的,這也被我們叫做可觀測宇宙。不過,這裡要說回到宇宙大爆炸之初,一開始其實宇宙就像一鍋粒子粥,光子在裡面跌跌撞撞根本跑不出來。直到38萬年後,光子才從中脫離出來,在宇宙當中穿行,因此從這個時刻算起,加上宇宙膨脹的效應,我們理論上可以看到的是半徑為461億光年的尺度。可能你要問,不是說好的465億光年麼?
實際上,我們並不是說完全看不到宇宙大爆炸之初到宇宙大爆炸之後38萬年的景象。我們其實有另外的一種觀測手段,那就是引力波。引力波並沒有像光子那樣,在前38萬年內,沒辦法脫離出來。引力波的傳播其實一開始就有。如果我們能夠用靈敏的觀測工具探測引力波,那其實理論上是可以通過引力波看到宇宙大爆炸前38萬年前的景象。
如果把引力波的因素也考慮進去,這時候可觀測宇宙的半徑就可以達到465光年了。
所以,能夠看到幾百萬光年的天體其實並不是什麼稀奇的事情,如果有朝一日,我們能夠看到超過半徑為465億光年的可觀測宇宙,那才是稀奇的事情。