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宇宙到底具體有多大?就算人類1秒飛1光年,要抵達邊緣也絕不可能
2023/11/20

光速是目前人類已知的最快的速度,它約等于 每秒30萬公里。這個速度聽起來很驚人,但是對于宇宙的尺度來說,還是太慢了。

以光速飛行,從地球到月球只需要不到2秒,但是從地球到最近的恒星卻需要四年多,從地球到銀河系中心則需要兩萬五千年,從地球到可觀測宇宙的邊界則需要465億年。

那麼,假如人類能夠發明出可以加速到每秒一光年速度的飛船,會發生什麼呢?

以這個速度在太空中旅行,沿途會看到什麼呢?我們最終能否抵達宇宙的邊緣?

以一秒一光年的速度旅行,我們會看到什麼?

我們假設飛船從地球出發,以每秒一光年的速度向外飛行。那麼, 只需要一秒鐘,我們就會到達太陽系的邊緣。太陽系的邊緣,也被稱為是奧爾特云的球體云團。

這里的距離太陽大約是一光年,

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相當于9.5萬億公里。在這里,我們可以看到一些太陽系最遙遠的天體,比如柯伊伯帶的小行星和大數量的彗星等。

根據對彗星的實質觀察推測,絕大部分的奧爾特云天體都由諸如水冰、甲烷、乙烷、一氧化碳和氰化氫的「冰」組成,所以這里的環境是非常冷的。

這些的形狀也很不規則,有的甚至是雙星系統,比如冥王星和它的最大衛星冥衛一。這些天體的運行周期都非常長,有的需要幾百年,有的甚至需要幾千年,才能繞太陽一圈。在這里,我們可以感受到太陽系的廣闊和寂寞。

如果我們繼續航行, 那麼7小時后,我們就會到達銀河系的中心。銀河系是我們所在的星系,它的直徑大約是10萬光年,也就是說,以光速飛行,從一端到另一端需要10萬年的時間。

(影像中心右側的明亮白色區域有一個超大質量黑洞)

銀河系的中心,是一個非常神秘的地方,有著一個質量相當于400萬個太陽的超大質量黑洞。這個黑洞被稱為 人馬座 A*,它是銀河系的引力中心,也是銀河系最亮的射電源。在黑洞的周圍,有著密集的恒星和星團,它們以極快的速度圍繞著黑洞旋轉,形成了一個巨大的旋轉盤。

在這里,我們可以看到一些非常壯觀的景象,比如恒星被黑洞撕裂的潮汐現象,黑洞噴射出的高能粒子射流,以及黑洞引力透鏡造成的彎曲光線等。在這里,我們可以感受到銀河系的繁華和危險。

(星系中心超大質量黑洞的想象圖)

如果我們再繼續以每秒一光年的速度飛行,那麼一個月后,我們就會到達 本星系群。本星系群是由50多個星系組成的一個星系集團,它的直徑大約是1000萬光年,也就是說,以光速飛行,從一端到另一端需要1000萬年的時間。

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本星系群的主要成員有兩個,一個是我們所在的銀河系,另一個是距離我們最近的大型星系——仙女座星系,這兩個星系之間的距離大約是220萬光年,在這兩個星系之間,還有一些小型的伴星系,比如小麥哲倫云和三角洲星系等。

(本星系群示意圖)

這些星系都是由數十億到數千億顆恒星組成的,受它們之間的引力影響,導致了一些復雜的動力學過程,比如潮汐作用、星系碰撞、星系合并等。在這里,我們可以看到一些非常美麗的星系形態,比如旋渦星系、棒旋星系、橢圓星系、不規則星系等。在這里,我們可以感受到本星系群的多樣和變化。

如果我們還繼續以每秒一光年的速度飛行,那麼一年后,我們就會到達本超星系團。它是由數百個星系群組成的一個超大星系團,

它的直徑大約是1.1億光年。

(本超星系團示意圖)

本超星系團的主要成員有兩個,一個是我們所在的本星系團,另一個是距離我們最遠的大型星系團——室女座星系團。

這兩個星系群之間的距離大約是5000萬光年,在這兩個星系群之間,還有一些其他的星系群,比如雕具座星系群、南極座星系群、鯨魚座星系群等。這些星系群都是由數百到數千個星系組成的, 它們之間的相互作用,導致了一些大規模的結構,比如超星系壁、超星系空洞、超星系絲等。

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在這里,我們可以看到一些非常巨觀的宇宙圖景,比如本超星系團的形狀類似于一個巨大的胡蝶,它的兩翼分別是本星系群和處女座星系群,它的腹部是一些較小的星系群,它的觸角是一些延伸出去的星系絲。在這里,我們可以感受到本超星系團的壯觀和有序。

那麼快的速度會不會導致「穿越」?

我們的旅行還未結束,以光年每秒的速度旅行走了一年居然還沒走出本超星系團的范圍,可見宇宙的范圍令人驚嘆。 那麼有人要問了,以這麼快的速度飛行會不會導致穿越呢?

應該是會的,那麼為什麼這樣說呢?要知道光速是我們了解到的最快的速度, 而按目前的科學理論來說超越光速從理論上就可以實現穿越時空。

這樣講可能不太直觀,給大家舉個簡單的例子。拿黑洞來說,根據黑洞形成的理論來看,因為天體自我毀滅導致坍縮形成一個致密的奇點,而這個奇點就是導致黑洞產生巨大吸引力的源頭所在。

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眾所周知連光都無法從黑洞中脫身,這說明黑洞引力產生的加速度和其表面的逃逸速度都是超越光速的,所以我們認為是物體是被奇點吸進去的,而被吸進去的物體會撞上奇點,而在碰到奇點后。

受奇點的影響,這些物體會被馬上加速到超光速,因為物體進入黑洞后就消失了,而根據現有理論超過光速就會穿越到另一個時空。

所以根據以上的推理,我們就可以對奇點做一個新的定義,奇點是現有時空上的一個破損點。換句話說,黑洞奇點就是時空隧道的入口,所以這種速度會導致穿越。

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這麼快的速度能夠抵達宇宙邊緣嗎?

直到350年后我們才能到達可觀測宇宙的邊緣,但這并不意味著我們的旅途就結束了。雖然這個速度足夠快, 而我們人類目前可觀測的宇宙邊界為465億光年,但這并不意味著宇宙的邊界,只是觀測的邊界。

那麼我們一直航行下去能到達宇宙的邊緣嗎? 可能并不會,因為宇宙的大小我們無法得知,但是超乎想象的,而且要知道宇宙是在不斷膨脹的,這是什麼意思呢?

宇宙膨脹是指宇宙中的空間在不斷地擴張,導致宇宙中的物質相互遠離。宇宙膨脹的理論是勒梅特提出來的,而愛因斯坦在他的廣義相對論中也發現了一個方程,可以描述宇宙的動態變化。

愛因斯坦最初認為宇宙是靜止的,所以他引入了一個叫做宇宙常數的因子,來抵消宇宙膨脹的效應。

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然而,1929年,哈勃通過觀測星系,發現了宇宙中的星系都在以一定的速度遠離我們,而且越遠的星系離我們越快。

這就是著名的哈勃定律,它表明了宇宙膨脹的存在。哈勃定律的發現使得愛因斯坦意識到他的宇宙常數是一個錯誤,他後來稱之為他一生中最大的錯誤。

宇宙膨脹的原因目前還沒有一個確定的答案,但是有一些可能的解釋。一種解釋是基于宇宙大爆炸的理論,它認為宇宙是在137億年前從一個極小的、極熱的、極密的狀態開始膨脹的。

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在宇宙大爆炸之后的一瞬間,宇宙經歷了一個快速的膨脹階段,叫做暴漲。 暴漲的原因可能是由于一種叫做暗能量的神秘物質,它具有反重力的性質,可以使得空間加速擴張。

暗能量占據了宇宙中大約70%的能量密度,是宇宙膨脹的主要驅動力。另一種解釋是基于弦論的多元宇宙的理論,它認為我們的宇宙只是一個高維空間中的一個膜,而這個高維空間中還有許多其他的膜,它們之間可以相互碰撞或分離。這些膜的運動可能會導致我們的宇宙膨脹或收縮。

宇宙膨脹的速度是一個非常重要的物理量,它可以反映宇宙的歷史和未來。宇宙膨脹的速度可以用哈勃常數來表示,它定義為單位距離上的單位速度,通常用公里每秒每兆秒差距(km/s/Mpc)來表示。

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哈勃常數的大小可以通過觀測宇宙中的標準燭光來測量,它們是一些具有固定亮度的天體,例如超新星或變臉星。目前,哈勃常數的最新測量值是73.2±1.3 km/s/Mpc, 這意味著每相距一兆秒差距(約等于326萬光年)的兩個星系,它們之間的速度就會增加73.2公里每秒。

然而,哈勃常數的測量值存在一個嚴重的問題,就是不同的方法得到的結果不一致,這被稱為哈勃張力。這可能表明我們對宇宙的理解還有一些缺陷,或者存在一些未知的物理現象。但可以肯定的是宇宙目前還處于膨脹之中,且從宇宙誕生之時就開始膨脹了,可以想象過去了多少年。

本來宇宙的大小就超乎我們的想象,而且宇宙還在不斷膨脹的擴大范圍,而且膨脹的時間還非常久,所以我們不會到達宇宙的邊緣。

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參考資料:

1. 你想象中的宇宙有多大?看完這篇,你就知道宇宙有多大了——鳳凰網
2. 作者:殷業.-《宇宙膨脹中的能量問題》——《 CNKI;WanFang 》——2010
3. 作者:蘇中啟.——《宇宙的起源與未來》——大爆炸宇宙論簡介. 《 CNKI 》 , 1995

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