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人类的星系“联合国”——可观测宇宙

小伙伴们,从上几节的介绍中,我们逐渐了解了“地月系、太阳系、银河系、河外星系、本星系群、室女座超星系团、本超星系团以及超星系团”,对人类来讲,用现在的视角和观测手段去“看”我们知道的天体系统,真的是无比深邃、浩瀚无穷……

我们所在的天体到底是什么样的呢?古往今来,无数的天文学家们对此无不心驰神往,甚至于为此而牺牲生命……

但科学,永远会战胜一切。

这一节,我们就来一起了解下吧。

事实上,我们总是以自己的视角看待周围的影像和事物,不管正确与否、有或无,人类自己看到的或者借助于观测仪器设备“看”到的,也仅仅只是人类的视角和思维的反映,客观上是到底是什么,需要人类不断地去发掘……

一、可观测宇宙

混沌与迷惘、清晰与模糊、有与无、虚与实、主观与客观、物质与反物质、真空与非真空……,一系列的状态,显示出人类的进步与局限,可能会有另一种生命的存在,从另一种视野去看目前的科学结论,也许是苍海之一粟。

我们今天要了解的,正是我们已知和未知的,那就是宇宙。再讲宇宙之前,还是根据上面提到的,依人类的视角观测到的庞大天体,叫:可观测宇宙

“黑夜给了我黑色的眼睛,我却用它寻找光明。”——顾城《一代人》

“黑夜——眼睛——光明”一个简单的意向群,构成了一个开放的时空。上面的图像,像不像人类的眼睛,在懵懂之际微微睁开了……

可观测宇宙,英文为Observable Universe,国外也称为哈勃体积(Hubble Volume)。它是一个以观测者作为中心的球体空间,小得足以让观测者观测到该范围内的物体,也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。

“可观测”这个词的意思,意味着它不是依赖于现代技术的探测能力,它仅仅代表着理论上光线或是其它信号从物体到观测者的可能,与现代高科技是否容许人类探测到物体发出的辐射无关。

实际上,人类最远只能观测到宇宙从不透明变为透明的临界最后散射面,但人类可能会从重力波的探测,推断这个时间之前的信息。

2009年5月14日,一颗耗资6亿欧元的卫星,从法属圭亚那库鲁航天中心发射升空,其上搭载了身负重任的“普朗克”太空望远镜。自被送到距地近100万英里(约160万公里)的太空起,“普朗克”一直坚持不懈地扫描着整个宇宙全景。

普朗克太空探测器

2010年7月,欧洲航天局(ESA) 发布了首张宇宙全景图,其由“普朗克”太空望远镜收集的数据绘制而成,将宇宙全貌首次呈现于世人面前。

首张宇宙全景图

这是我们人类生活的宇宙,首次以全景的方式展现在人们面前。这张历时6个月绘制完成的图像,为人类勾画出一张百亿年前大爆炸后新生宇宙的蓝图。但,这也仅仅是可观测宇宙。

根据科学家们的分析,我们人类生活的银河系在宇宙全景图的大致位置,在下图。

这幅宇宙全景图的特别珍贵之处,在于那些经过百亿年漫长旅行姗姗而来的宇宙微波背景辐射,被“普朗克”成功捕获,这相当于提供给人类一个星系起源的活化石。毫无疑问,这将有助于科学家们研究早期宇宙的形成和物质起源的奥秘。

据维基百科,宇宙的年龄计算结果为137.5亿年,但是由于宇宙膨胀,并且这种膨胀几乎可以以任何速度进行——甚至超过光速,可能得到比现在的可观测宇宙更远的距离,甚至可能包括宇宙大爆炸时刻的信息。

可观测宇宙的直径大约为280亿秒差距(大约930亿光年),那么,可观测宇宙的半径大约就有460到470亿光年之遥。

事实上,人类所能观察到最遥远的星系距离我们约达到了460亿光年。我们人类并非居于宇宙的中心,但是我们确实居于可观测宇宙的中心,这是一个直径约为930亿光年的球体。

维基百科给出了以下模拟图,形象地说明可观测宇宙的大小和我们所认知的室女座超星系团大小的关系。从图中可知,室女座超星系团也仅仅是可观测宇宙的“一粒小小沙子”而已。看下图:

二、可观测宇宙与宇宙

通常情况下,人们常常把137亿光年当做宇宙的大小,也都会把“宇宙”一词指代“可观测宇宙”。

大爆炸学说中,以地球为中心的可观测宇宙

在宇宙大爆炸之后,一些宇宙的部分,可能由于距离地球太远,导致了其发出光线到现在为止也未能到达地球,所以这部分的宇宙可能现在也在可观测宇宙之外。在未来,远处的星系发出的光线将会拥有更长的时间来穿越时空,所以现在我们不能观测到的一部分宇宙,也可能有机会在未来被观测到。

尽管理论上更多的星系将会在未来被观测到,但实际上,更多的星系将会由于不间断的膨胀而红移太多,以至于它们将会看上去在视野里消失,并且不能被观测到。

此外,可观测宇宙和宇宙到底谁大谁小?科学界一直有争论。

有的认为,可观测宇宙比宇宙小,至多等同于整个宇宙。没有证据存在解释了可观测宇宙的边界就是整个宇宙的事实边界,同样也没有一种主流的宇宙学模型首先假设宇宙拥有可被认可的物理形式的边界。看上去很可能可观测宇宙内的星系仅仅代表了宇宙中星系的极小一部分。根据宇宙膨胀理论和它的创立者Alan Guth, 如果假设膨胀发生在宇宙诞生后的10 秒,那么根据这个看上去合理的假设,这时期的宇宙大小和光速乘以其年龄一样大。这就意味着整个宇宙的大小可能是可观测宇宙的10倍。

有的认为,可观测宇宙也可能比宇宙大。一些模型猜测,宇宙是有限但是无界的。如果宇宙是有限但是无界的,这就意味着宇宙小于可观测宇宙的大小。在这种情况下,我们看上去很远的星系可能是临近星系的假象,它们是由于光线绕宇宙一周所产生的幻象。

总之,不管可观测宇宙和宇宙谁大谁小,随着科技的进步,人类对宇宙的探索将会越来越远……。

可观测宇宙和宇宙谁大谁小? (单选)
可观测宇宙大
宇宙大
一样大
不知道,目前科学未能证实。

至于宇宙之外有什么,等待小伙伴们继续讨论和探索吧。


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