小的時候就特別喜歡用手電筒照向夜空,可以清晰地看到手電光柱,但是這個光柱並不是無限延伸的,而是有一段距離,如果換成是光源更強的指示燈,這條光柱就會越長,當時就在想這束光在手電關閉後就消失了嗎?還是會繼續向遠處飛行,如果在遙遠的天體上有地外文明,那麼它們是否能在幾千年後看到這束手電光?甚至如果宇宙有邊緣的話,那麼它們是否會飛到宇宙的盡頭?
當然了小的時候是沒有人來告訴這些問題的答案,但是隨著求學以及讀書學習,也得到了想要的答案。我們從另外一個角度來說明一下這個問題,按照目前的主流觀點認為宇宙誕生於138億年前的奇點大爆炸,經過漫長時間的膨脹演化,可觀測宇宙直徑已經達到了930億光年。支持宇宙大爆炸理論有兩個證據,首先就是宇宙背景微波輻射,其次是星系紅移現象。
而這個宇宙背景微波輻射就很好地回答了這個問題,在宇宙空間背景上有著各向同性的微波輻射,某種意義上來講我們可以把它稱之為宇宙大爆炸38萬年之後的一縷餘光,經過漫長時間的能量損失,到今天已經變成了微波,只有最靈敏的儀器才能檢測出來。
當然如果是手電筒中發射出的光線,理論上這些光子會永恆的向著宇宙深空飛去,在真空中以每秒30萬公裡的速度遠離地球,但是這些光子並非是像中微子一樣幾乎不與任何物質發生作用,可以肆意地穿過天體,光子是會和其他粒子碰撞交換能量的。
對於光的認識是非常漫長的,光的波動性和粒子性爭論了好幾個世紀,最終得出結論光具有波粒二象性。1905年愛因斯坦總結出這種特性,當光照射在金屬上,會引起金屬的電性質發生變化,電子接收到一份份的能量動能增加,這就是著名的光電效應,1921年愛因斯坦因為光電效應獲得諾貝爾物理學獎。
那麼可想而知一束手電光照射出去,大量的光子向深空飛行,但是會不斷地被其他粒子吸收和釋放,從而讓光子的能量越來越低波長變得越來越長,以前的可見光逐漸的向紅外移動,最終就「消失」了。但實際上並非是真正的消失,只不過肉眼無法再看見,而光子依然遊蕩在宇宙深空中。
【那麼手電光最終會飛行到宇宙的邊緣嗎?】
其實這個問題前文已經提到了,按照目前的宇宙觀,我們知道宇宙誕生於138億年前那個無限緻密的奇點,經過膨脹形成今天的樣子,那麼理論上來講宇宙就應該是有邊緣的,也許在大爆炸之初宇宙還沒有一個巴掌大。
但是漫長時間過去了,宇宙從最初的減速膨脹到現在的加速膨脹,現在宇宙膨脹速度已經超過了光速,因此說即使宇宙存在著邊緣,那麼這束光也永遠都到不了宇宙的邊緣。況且提到宇宙邊緣的問題是很多人不喜歡看到的,因為宇宙有邊緣那麼也就意味著宇宙之外的概念是存在的。但是目前的科學體系在時間上不允許存在宇宙大爆炸之前的概念,在空間上不允許存在宇宙之外的概念。
因為討論宇宙盡頭的問題,最終都難免會落入無限的重複當中,科學家有過這樣的猜想,認為宇宙是四維空間的,就像是人類在三維空間地球表面上移動,想著一個方向永遠都不會有終點,並且還會回到起點。那麼如果宇宙是四維空間,人類在三維空間中移動,那麼最終也是永遠沒有盡頭的。
向太空射到手電光,它會一直向深空飛行,但永遠都無法達到宇宙的邊緣。
文/科學黑洞,圖片來源網絡侵刪。