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我们看不到的宇宙有多大?至少是可观测宇宙的1500万倍!

2019-5-31 20:47| 发布者: 蓝雪| 查看: 4136| 评论: 7

摘要: 宇宙从最初奇点的大爆炸中诞生已经过去了138亿年,这使得我们所能观测到的宇宙是有限的。因为宇宙空间一直在膨胀,这使得宇宙在诞生38万年后发射出光子的位置现在已经距离我们达到了465亿光年,处在地球上的我们无论
我们看不到的宇宙有多大?至少是可观测宇宙的1500万倍!

宇宙从最初奇点的大爆炸中诞生已经过去了138亿年,这使得我们所能观测到的宇宙是有限的。因为宇宙空间一直在膨胀,这使得宇宙在诞生38万年后发射出光子的位置现在已经距离我们达到了465亿光年,处在地球上的我们无论朝着哪个方向观测,最远所能看到的距离都是465亿光年,这就是我们的可观测宇宙。

在可观测宇宙的外面,还有宇宙的另外一部分是我们目前所无法观测到,那就是不可观测宇宙。基于对可观测宇宙的研究,天文学家逐渐深入了解宇宙的演化过程,我们终将有一天会了解目前不可观测的那部分宇宙。

通过对宇宙星系和宇宙微波背景辐射的了解,天文学家知道宇宙在遥远的过去比现在小得多,并且温度和密度也高得多,而且宇宙在最初时刻还经历过急剧膨胀的过程(暴胀)。随着宇宙的不断膨胀,宇宙的温度逐渐下降,从太初核合成中形成的星云逐渐在引力的作用下聚集形成星系、恒星以及行星等天体。

我们看不到的宇宙有多大?至少是可观测宇宙的1500万倍!

无论我们往宇宙中的哪个方向观测,我们都会观测到相同的宇宙演化历史。我们观测的距离越远,我们就能回溯更早的时间。因为光的传播速度是有限的,光所携带的宇宙信息传播到地球上需要时间。基于目前的观测数据来推测,宇宙起始于138亿年前的奇点。

宇宙从奇点中诞生,最初的膨胀速率极快,空间急剧扩大。在引力的作用下,宇宙膨胀速率逐渐降低,曾经离我们太远而无法观测到的光,现在可以追上我们了。

随着时间的推移,曾经遥远到我们无法观测到的星系将会不断进入我们的观测范围之内。经过138亿年之后,远在466亿光年的星系发出的光刚刚到达我们这里。不过,我们的观测范围还没有超出空间界限,宇宙还有更大的不可观测范围。

我们看不到的宇宙有多大?至少是可观测宇宙的1500万倍!

光速、宇宙自大爆炸以来所经过的时间以及我们宇宙中的成分决定了可观测事物的极限。再远一点,即使是自热大爆炸以来以光速运动的物体也没能来得及到达我们。

不过,这些都会随着时间而发生变化。当时间经过足够久之后,那些最初无法到达我们的光最终将会抵达地球,让我们能够观测到宇宙的更多部分,可观测宇宙的范围会逐渐增加。那么,如果等上任意长的时间,我们是否能观测到任意远的距离?可观测宇宙的范围是否会变得没有限制呢?

然而,事实并非如此。宇宙的膨胀速率并不会随着时间而降至趋于零,宇宙不会停止膨胀。天文学家在上个世纪末发现,空间结构本身固有的暗能量会拉开引力,让宇宙的膨胀速率变得越来越快。虽然我们的观测宇宙范围会越来越大,但始终会有一个极限,不会无限增大下去,我们不可能观测到整个宇宙。

我们看不到的宇宙有多大?至少是可观测宇宙的1500万倍!

根据目前所观测到的暗能量密度(7×10^-30 g/cm3)、空间膨胀速率以及其他宇宙学参数,天文学家可以估算出我们最终所能观测到的极限距离。在目前138亿年的宇宙中,我们的极限观测距离大约为465亿光年,未来的观测距离估计要比现在更远33%,即615亿光年,这就是遥远未来的可观测宇宙半径。

现在有很多星系发出的光已经进入可观测宇宙的范围,它们正在朝着地球传播的路上,最终会到达地球被我们观测到,这意味着还有更多尚未发现的星系等待被我们看到。目前的可观测宇宙中可能有着大约2万亿个星系,而在未来还能再观测到2.7万亿个未发现的星系,这要比目前可观测宇宙中的星系总数更多35%。

虽然可观测宇宙之外的部分我们无法观测到,但从已知的情况来看,那部分的宇宙看起来应该与我们所能观测到的宇宙不会有什么区别。整个宇宙的大小是否是有限的,宇宙是否存在边界,或者宇宙的性质是否在某处发生变化,当我们看得更远时,我们将会获得答案。

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宇宙形状

从目前对可观测宇宙空间平坦度的测量结果来看,宇宙几何结构既不是曲率为负的开放形,也不是曲率为正的闭合形,而是没有曲率的平坦形,其精度为99.6%。这意味着如果它自身弯曲,那么,不可观测宇宙范围至少是目前可观测宇宙范围的250倍,其半径将会高达11.6万亿光年。

因此,我们不可能观测到整个宇宙,未来的观测距离被限制在615亿光年,未来所能观测到的宇宙体积只是目前的2.3倍。由于不可观测宇宙的直径至少有23万亿光年,其包含的空间体积达到我们所能观测到的体积的1500万倍。

因此,我们所能观测到的宇宙尽管很大,但其实也只是整个宇宙中的一隅。我们未来将会观测到总共将近五万亿个星系,但整个宇宙中的星系数量远不止于此。

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但需要注意的是,在我们所能观测到的4.7万亿个星系中,绝大部分都只能被观测到遥远过去的样子。因为宇宙在加速膨胀,目前距离银河系超过150亿光年的星系正以超光速退行而去,它们发出的光即使以光速在空间中传播也无法追上我们,所以那些星系在未来将无法被观测到。而在距离银河系150亿光年之内,星系数量只占我们所能观测到数量的1.4%。

值得注意的是,未来的极限观测距离恰好就是目前的可观测极限距离(465亿光年)加上未来可到达的极限距离(150亿光年),即615亿光年。这并非偶然,在宇宙大爆炸后经过了465亿光年的旅行,最终会抵达地球的光正处于目前可到达的极限。在遥远的未来,这些光将抵达地球被我们观测到,我们将会达到我们所能观测到的宇宙极限。


来源:https://www.toutiao.com/a6664843733734785549/
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引用 @地瓜叶小姐 2019-5-31 20:47
转发了
引用 烟云 2019-5-31 20:47
宇宙起源于大爆炸,这个说法可信度不高
引用 黄药师101 2019-5-31 20:47
洗洗睡吧,等死了就知道宇宙有多大了,灵魂会带你秒到达
引用 一杯清酒 2019-5-31 20:47
你咋知道
引用 纸风铃 2019-5-31 20:47
讲超神了
引用 小乔 2019-5-31 20:47
当时我在其它城市去的那个地方的工商银行,当时我办理了我名下部分存款一年定期存储业务,当时我以为是在石家庄。刚刚
引用 密西西比河 2019-5-31 20:47
时间只是我们对宇宙的概念,就像星际穿越里一样,其他星球对时间的概念和我们不同,人家一天是我们一百年,或在有的地方,我们一天是他们一百年……对宇宙来说,也许它才刚发生过大爆炸……

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