文章
宇宙只有138億年歷史,直徑為什麼達到了930億光年?
2023/09/12

按照現代主流科學詮釋,我們的宇宙起源于138億年前的一次大爆炸,大爆炸初期,宇宙中沒有任何物質,只有高能量。之后宇宙逐漸冷卻,開始形成最基本的粒子,基本粒子聚集形成各種物質,最終成長了如今我們看到的豐富多彩的世界。

宇宙擁有138億年的歷史,理論上講,我們能看到的范圍也應該在138億光年,因為宇宙中存在光速限制,用宇宙的歷史乘以光速,答案就是138億光年。

真的是這樣嗎?其實不然,我們能看到的宇宙范圍遠不止138億光年,正確的答案應該是930光年,這也是可觀測宇宙的直徑。

為什麼會這樣?我們一起來分析一下。

第一種情況,也是最容易想到的。宇宙大爆炸之后,我們現在的狀態與宇宙大爆炸之初就非常相近,也就意味著,即使我們站著不動,能夠看到的最遠的距離應該就是138億光年,因為宇宙的速度極限是光速,理論上第一批誕生的物質即便以光速飛行,與我們最遠的距離就是物質光速飛行138億年的距離,也就是138億光年。

ADVERTISEMENT

當然,先不考慮物質能不能達到光速的問題,這里還有一個誤差,物質是在宇宙大爆炸之后產生的,兩者之間有個時間差,不過這個時間差非常小。

第二,由于宇宙里充滿了物質,還有光。而光以光速傳播,所有的物質都在空間里運動。根據愛因斯坦的狹義相對論,在我們看來,不同物體之間以及物體與光之間的在相對速度最多可以達到光速的兩倍,比如說兩束方向相反飛行的光,在我們眼里的相對速度就是兩倍光速,而其他情況則小于兩倍光速。

于是,理論上我們能看到的宇宙范圍并不是宇宙歷史乘以光速,而是乘以兩倍光速。也就是大約276億光年。

第三種情況,也是最為復雜的情況,不但要考慮到不同物體之間的相對運行,還要考慮到空間的不斷膨脹。

這種情況不太容易理解,但仔細想想還真是那麼回事。

我們都知道,自從宇宙大爆炸開始,我們的宇宙就一直在膨脹。物質本身不但在運動,空間也會拖拽著物質一起運動。

具體是如何運動的呢?

舉個形象的例子就明白了。就像我們在大海里駕駛帆船乘風破浪一樣,借助風的力量,帆船就能快速運動,再加上海浪的不斷運動,就會讓帆船更快。

帆船相對海浪的運動,就相當于物質在空間里的運動,而海浪自身的運動就相當于空間的膨脹。

所以,我們會發現,不斷膨脹的宇宙會讓我們看到的范圍更廣了,那麼科學家們是怎麼知道的膨脹速度的呢?

ADVERTISEMENT

這得感謝一位偉大的科學家,哈勃。正是他通過對遙遠星系不斷的觀察研究,最終計算出宇宙的膨脹速率,大約為71千米/秒/Mpc,也被稱為哈勃常數。

哈勃常數到底什麼意思?Mpc代表百萬秒差距,大約為300萬光年,哈勃常數的意思就是說,每300萬年,星系遠離地球的速度就會增加71千米。

根據哈勃的發現,再考慮到廣義相對論中的相對論效應,就可以計算出可觀測宇宙的大小。

在20世紀20年代,哈勃通過天文望遠鏡觀察遙遠星系的運動情況下,偶然間發現了遙遠的星系在遠離地球,更多的觀察讓他注意到,所有的遙遠星系都是如此,都在遠離地球,這也讓他堅定了宇宙的膨脹,也是宇宙大爆炸理論的有力證據之一。

哈勃是第一個發現宇宙在膨脹的科學家,他是如何發現的呢?依靠一個效應,多普勒效應,也就是多普勒頻移。

簡單講,當光遠離我們時,波長就會變長,發生紅移。當光靠近我們時,波長就會變短,發生藍移。

事實上,不僅僅是光,聲音也擁有如此特性。或許生活中你并沒有注意到這種情況,有機會你可以親自感受一下。當火車駛向我們時,火車的鳴笛聲會變得尖銳。而當火車駛離我們時,鳴笛聲會變得低沉。

哈勃發現,宇宙不僅在膨脹,而且膨脹的速度遠超光速。當然并不是說任意空間的膨脹速度都超過光速,而是從[大尺度]上分析得出的結果。舉個例子,50個人站成一排,每個人與自己相鄰的人都以一定的速度遠離彼此,那麼第一個人與最后一個人的遠離速度就會非常快。

ADVERTISEMENT

每個人就像不斷膨脹的氣球上的點一樣。

對于我們來講,930億光年的可觀測宇宙就是能夠觀察的全部,也是有意義的全部。930億光年外面是什麼?沒有人知道,對于我們來講也沒有意義,因為那里的一切信息都不會傳達到地球。

但可以預見的是,可觀測宇宙外面仍舊會是宇宙,真正的宇宙到底有多大?我們很難判斷,或許永遠也不知道!

愛因斯坦認為:每秒30萬公里的光速,人類是無法超越的?
2024/05/08
為什麼會發生宇宙大爆炸?從愛因斯坦到楊振寧,他們都不知道
2024/05/08

ADVERTISEMENT

亮度達太陽27倍,質量是地球33萬倍!天狼星系統為何是個傳奇?
2024/05/06
外星人存在是一場錯覺?地球之外,別的星球真的孕育不出生命嗎
2024/05/06
可怕的真空衰變:瞬間就能毀滅宇宙,現在可能已經發生了?
2024/05/05
旅行者一號距離地球243億公里,為什麼還能跟地球保持聯系?
2024/05/03
地球到底要去哪?秒速630公里向一個方向狂奔,我們卻渾然不覺!
2024/05/03
地球上,山的高度為什麼不能超過20000米?是什麼鎖住了山高?
2024/05/02
恐龍滅絕之前,到底經歷了什麼?你以為是一瞬間,其實是漫長處刑
2024/05/01
宇宙起源于138億年前,那麼宇宙在誕生之前,到底是什麼樣子的?
2024/05/01
美國使絆子無果,嫦娥七號反而大突破:參與國增加到7個,遠超嫦6
2024/05/01
宇宙到底有沒有邊緣?預計星系至少有2萬億個,九成以上是未知
2024/04/30
比太陽大21倍的黑洞,竟以95%的光速在自轉!靠近會發生什麼?
2024/04/29
遠超音速!地球自轉轉速高達463m/s,為啥人類不會被甩到外太空?
2024/04/28
來自天鵝座的神秘信號!1萬年前發信,能量高達1400萬億電子伏特
2024/04/28
月球上頻繁出現閃光,美國宇航局為何隱瞞真相?結論終于云開霧散
2024/04/27
從地球到銀河系,天文學家認為:人類永遠無法飛出宇宙?
2024/04/27
二級文明的證明,高維生物「打火機」,造一顆戴森球要多大成本?
2024/04/26
今天才明白,為什麼蘇聯的「挖穿地球」計劃,才突破一萬米就停了
2024/04/24
韓國學者:地球自轉軸偏了80厘米,人類抽地下水的惡果正在反噬!
2024/04/23