世界这玩意儿,有时真像藏着缝隙的设定。咱们都知道,世界诞生至今约138亿年,按常理,光速是世界最快速度,能观测的极限半径顶多138亿光年。可地理学家却说,可观测世界半径达460亿光年,直径930亿光年左右。这数字听着就让人懵圈——爱因斯坦的相对论失效了?仍是世界在玩障眼法?
咱们先从咱们纠结的“速度约束”说起。爱因斯坦老爷子早就告知咱们,任何物体的运动速度都超不过光速,每秒30万公里的速度,在物理规矩里便是铁打的上限。这说法在试验室里、在太阳系内都没缺点,但放到世界大尺度上,工作就变得不相同了。
假如世界是个固定不变的舞台,一切星系都在这个舞台上移动,那的确没人能跑过光速。但要害是,咱们的世界底子不是停止的,它一直在不断“长大”。
早在上世纪20年代,美国地理学家哈勃就发现了一个惊人现象:悠远的星系都在渐渐远离咱们,并且间隔越远,远离的速度越快。这便是哈勃规律。
这儿要提示一句,星系不是自己装了发动机在飞,而是承载它们的世界空间自身在胀大。
这种胀大不是星系在空间里络绎,而是空间自身的拉伸。所谓的“超光速退行”底子不是星系跑得多快,而是空间胀大的速度叠加起来,逾越了光速。
相对论并没有翻车,它约束的是物质在空间里的运动速度,可没约束空间自身的胀大速度。只要不传递信息,空间想怎样胀大都可以。
别的还有一点,这种胀大还会带来一个特别的作用——世界学红移。光波在拉伸的空间里传达,波长会被渐渐拉长。这和咱们平常听到的救护车远去时声响变低的多普勒效应不相同,是空间结构改变带来的直接成果。
说白了,世界便是在“钻规矩的空子”,经过拉伸自己的“场所”,让悠远的星系看起来像开了挂相同在飞驰。
搞懂了空间胀大,460亿光年这一个数字就不难理解了。咱们正真看到的那些悠远星系,宣布的光的确在世界里跑了好久。
比方观测到的最陈旧光子,足足跑了138亿年才抵达地球。但光在飞翔的这138亿年里,脚下的“路”也便是世界空间,一直在不断胀大。光在往前跑,空间却在往后“拉”,两者叠加之下,最初宣布这束光的星系,现在现已退到了更远的当地。
科学家们核算后得出定论:把光子实践飞翔的间隔,加上138亿年来空间胀大额定添加的间隔,那个星系现在间隔咱们大约是460亿光年。
这便是可观测世界的由来。这儿要提示一句,460亿光年仅仅理论上能看到的鸿沟,实践上,鸿沟之外还有更宽广的世界区域,仅仅那些当地的光永久到不了地球。
话说回来,这还带来一个有点失望的定论。暗能量这只“看不见的手”在背面推进,世界不仅在胀大,还在加快胀大。这就从另一方面代表着,间隔咱们逾越460亿光年的星系,远离速度已逾越光速。
它们宣布的光,就像人拼命追逐不断加快的列车,永久追不上。不论光跑得多快,空间胀大速度都比它快,最终只能被永久甩在后面。
这就意味着,就算有一艘光速飞船朝一个方向拼命飞,也永久到不了世界止境。前方的星系都在坐空间“快车”,以超光速远离咱们。
乃至有科学家猜测,若这种加快胀大继续下去,几十亿或几百亿年后,除了银河系和兼并后的仙女座星系,其他河外星系都会因退行速度超光速,完全从咱们视界中消失。
到那时,未来的才智文明昂首看天,只能看到银河系内部的星星,或许会以为银河系便是整个世界。咱们现在能看到满天繁星、千姿百态的星系,几乎中了世界级彩票,是极端走运的一代。
有些科普书里说,空间无限大,原子排列组合再多也是有限的,按数学抽屉原理,样本满足大就会呈现重复,所以世界深处一定有另一个地球,乃至另一个一模相同的你。这说法听着带感,连闻名科普作家格林都这么说过,但这儿面藏着逻辑圈套。
空间无限大,不等于物质无限多。回头想想世界大爆炸,大爆炸前世界是个比原子还小的奇点。尽管现在理论说不清奇点里有多少物质,但广义相对论显现,初始状况的空间曲率极大,物质总量很或许有限。
后来世界阅历时间短张狂的“暴胀”,空间被瞬间拉伸,拓扑结构或许变成无限大。
但这就像把有限的面团擀成无限大的饼,面团总量没改变,仅仅面积变大了。若物质总量有限,撒在无限空间里,密度会趋近于零,底子凑不齐满足原子“仿制”另一个你。
当然,这仅仅理论估测。究竟奇点究竟是什么,现在的物理学还解说不清楚。但“世界深处一定有另一个你”这种观念,咱们听听就好,别太确实。咱们更该重视的是,现在的技能能不能让咱们看清世界真面目。
为了搞清楚世界怎样胀大,人类下了血本。1990年上天的哈勃望远镜,肯定是探究世界的功臣。它帮咱们精准确认了世界年纪,还发现了世界加快胀大的要害现实。但哈勃是上个世纪的“老将”,面临更深邃悠远的世界隐秘,现已有点无能为力。
所以,詹姆斯·韦布空间望远镜接过接力棒。它专门观测红外波段,能轻松穿透星际尘土,看到更陈旧悠远的星系,直接把人类观测视界面向“后哈勃年代”。
不过最近地理学界出了个大乱子——“哈勃常数危机”。简单说,不同办法测出的世界胀大速度对不上号。这说明现有世界模型或许有缺点,搞不好物理学基础理论要迎来批改。
本年,DESI暗能量光谱巡天项目还发布了大新闻:暗能量或许不是稳定的,会随世界演化而改变!假如这个发现被证明,肯定是颠覆性的,许多地理学教科书都得重写。
要害探究时间,咱们我国也没闲着。巡天空间望远镜立刻就要发射了,这但是个咱们伙,口径和哈勃差不多,但视场是哈勃的300多倍!哈勃是在世界中搞“精密拍摄”,咱们的巡天望远镜便是做“全景扫描”。
它能在“后哈勃年代”,给人类供给海量高质量观测数据,让咱们解开暗能量和世界胀大的中心谜题。
总结下来的话,人类对世界的认知就像盲人摸象。从古代“天圆当地”到“地心说”,再到以为“银河系便是世界”,直到现在对“可观测世界”的认知,每一次打破不能脱离观测技能的腾跃。
尽管咱们或许永久到不了世界止境,乃至连460亿光年的鸿沟都只能远观,但这种不断探究、求知的进程,正是人类文明最亮光的当地。
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