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(物理问题)宇宙有边界吗它究竟有多大

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如果您曾经想过时空旅行,那很简单。你只是仰望天空。您看到的每一缕星光都是遥远过去的每一刻。

这是因为宇宙中的恒星和星系离我们太远了。即使是最近的光线,它们的光到达地球也要花费数千万甚至数十万年的时间。

毫无疑问,宇宙是广阔的。但是宇宙有多大?

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我们可能不清楚这个问题的答案。宇宙的大小是天体物理学的核心问题之一,可能永远无法得到答案,但这并不妨碍科学家继续尝试。

物体离地球越近,测量它的距离就越简单。例如,测量太阳和地球之间的距离是小菜一碟。测量地月距离?比较容易。科学家所要做的就是从这个区域发射一束激光从月球表面反射回来,我们可以通过测量光束来回反射的时间来非常精确地测量月球的距离。

但是在测量银河系中遥远物体的距离时,需要一些技巧。毕竟,很难发射出能够到达这些物体的激光束。

退一万步说,即使随着技术进步,有一天我们真的可以发射这么强大的光束过去了,可是谁又愿意在接收机前苦苦等待几千几万年的时间,去等待接收这样一个反射信号呢?

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先不要慌,即便对于那些最遥远的天体,天文学家们也有专门的办法,随着时间推移,恒星的颜色会发生改变,而基于它们的颜色,天文学家们可以大致估算这些恒星发出多少能量,或者光。

两颗发出同样数量能量,具备同样亮度的恒星,如果它们到地球的距离不同,那么从地球看过去,它们是不一样的。

很自然的,比较远的那一颗看上去会暗淡一些,科学家们可以根据恒星的真实亮度,然后比对它们从地球上看去的明暗程度,便可以据此推算出它们到地球的远近。

但,宇宙的边界呢?该如何测算那些真的极度遥远的天体的距离?这里用到的方法比较复杂了。

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请牢记:一个天体距离地球越远,它所发出的光抵达地球所要花费的时间也就越长。可以想象,有一些天体距离我们极为遥远,它们发出的光甚至需要数百万,甚至数十亿年才能抵达我们这里。

请再想象,有一些天体,它们的距离实在过于遥远,以至于即便在宇宙已经经历的这么上百亿年时间里,它的光都没来得及抵达地球,这正是科学家们面对的困难。

我们所能看到的,只是一个小小的‘气泡’,在它的外面是什么?我们不知道。不过,通过测量这个“气泡”的大小,科学家们可以估算出这个“气泡”以外的某些情况。

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天文学家们知道宇宙诞生于大约138.2亿年前,误差大概数亿年左右,这就意味着一个天体,如果它发出的光需要经过138亿年左右的时间才能抵达地球,那它就应该是我们能够看到的最遥远的天体之一了。

看到这里,你或许会想,是不是找到了一个测量宇宙大小的捷径:138亿光年。

错误。请不要忘记,宇宙并非静止,而是处于不断地膨胀之中,并且是在加速膨胀。在光线从那个遥远的天体出发飞向我们的过程当中,它距离地球又变得更远了,换句话说,我们这个“气泡”的边界向外移动了。

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幸运的是,天文学家们可以计算出这个边界移动了多少,换句话说,基于对大爆炸以来宇宙膨胀情况的计算结果,我们可以得到一个数值:今天我们能够观测到的宇宙边界,半径大约465亿光年左右。

一些科学家一直在尝试利用这一数值,去估算更加遥远的外部空间的情况,那些地方是我们永远无法观察到的。

基于一些基本的宇宙学假说,我们认为宇宙存在曲率,天文学家可以观察在可观测宇宙范围内,宇宙所呈现出的是哪一种“曲率模式”,并进而推算其向外延伸多远。

一项最新研究认为,可观测宇宙之外的宇宙剩余部分至少要比我们465亿光年半径的“气泡”远250倍以上。

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不过,并无证据证明宇宙是有限的,或许,宇宙就是无限延伸下去的。

目前,天文学界并没有在宇宙究竟是有限的还是无限的这个问题上达成最终的共识,但天文学家们都同意,宇宙极为广袤。不幸的是,我们目前所能看到的这个小小的气泡,还可能是我们看到最多东西的时候。

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由于宇宙在不断加速膨胀,可观测宇宙的外部边界事实上是在以超越光速的速度向外扩张的,这就意味着可观测宇宙的边界正以超光速的速度远离我们,那里的天体发出的光最终将无法抵达我们这里。

最终,随着宇宙膨胀持续,所有的天体都将逐渐消失在我们的视野当中。

思考宇宙的尺度和命运,对于我们而言似乎太过难以想象,太过不自量力,但这些都不会让人类停下探索求知的脚步。

或许我们永远也无法抵达最后的答案,这或许会让我们感到沮丧,挫败,但科学家们为了获取新的知识和智慧所做的一切,都是值得的。

(请在WiFi环境下观看)

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