根據(jù)目前主流的宇宙大爆炸理論,因為現(xiàn)在的宇宙空間正在不斷膨脹,如果讓時間倒退到某一個時刻,整個宇宙將是一個無限小的奇點,我們的宇宙就是誕生于這個奇點的大爆炸,時間是在138億年前。
愛因斯坦的相對論表明,光速是這個宇宙中最快的速度,既然宇宙的存在時間是138億年,那么,我們最遠(yuǎn)看到的距離就是138億光年,這是否意味著宇宙的盡頭就在138億光年之外呢?
宇宙一開始非常小,巨大的能量聚集在一起,使得溫度非常高,物質(zhì)都是處于等離子體狀態(tài),那時的宇宙中沒有自由光子。因為在致密并且高溫的早期宇宙中,光子與帶電粒子相耦合,光子無法在等離子體中穿行,所以早期宇宙是完全不透明的。
到了37.9萬年之后,空間膨脹到足夠大的范圍,物質(zhì)和能量分散開來,宇宙冷卻下來,原子核與電子結(jié)合成了中性原子。光子與帶電粒子退耦,宇宙中發(fā)出了最早的一批光子。
一開始,宇宙最早的光子具有很高的能量,波長很短,對應(yīng)的溫度估計可達(dá)2700。但由于后來空間持續(xù)膨脹,并且在宇宙誕生90億年后還開始加速膨脹,導(dǎo)致這些光子的波長大幅拉長,溫度大幅下降。
在如今的宇宙中,我們還能接收到來自138億年前的光子,它們已經(jīng)處于微波波段,溫度也只有-270.42,只高出最低溫度絕對零度不到3度,這些光子被稱為宇宙微波背景輻射,這是宇宙大爆炸理論的一大關(guān)鍵證據(jù)。
當(dāng)我們回溯宇宙時間,最終只能看到宇宙微波背景輻射,當(dāng)年發(fā)出這些光子的區(qū)域被稱為最后散射面。更早之前的宇宙始終被擋住,我們無法通過光學(xué)手段看到宇宙大爆炸發(fā)生不久后的景象。
由于空間的膨脹不受相對論限制,速率比光速還快,這使得我們所能觀測到的宇宙距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于138億光年。根據(jù)-CDM模型,結(jié)合宇宙微波背景輻射的觀測數(shù)據(jù)來計算,最后散射面已經(jīng)退行到465億光年之外,這是我們所能觀測到的宇宙盡頭。那么,在這之外究竟還有什么呢?
在宇宙誕生之后37.9萬年,那些能夠到達(dá)后來地球誕生所在位置的最遠(yuǎn)光子距離為4200萬光年,這是當(dāng)時的可觀測宇宙大小。而當(dāng)時的整個宇宙半徑遠(yuǎn)超4200萬光年。
經(jīng)過138億年的空間膨脹過程,可觀測宇宙半徑已經(jīng)從當(dāng)時的4200萬光年,擴(kuò)張到如今的465億光年,而整個宇宙將會擴(kuò)張到更大的范圍。465億光年只是當(dāng)初最后散射面所在位置在如今與地球相隔的距離。
因此,在465億光年之外,還有宇宙,而且是大得多的宇宙。只是那里的光子還沒有足夠的時間來到地球上,所以我們現(xiàn)在還看不到。隨著時間的推移,不可觀測宇宙中距離較近的光子將會進(jìn)入可觀測宇宙中,所以我們能看到的宇宙范圍還會變大。
根據(jù)現(xiàn)有理論推測,我們在未來所能觀測到的最大宇宙半徑為618億光年。之所以我們不可能觀測到整個宇宙的大小,是因為空間在超光速膨脹,導(dǎo)致所有的星系終有一天都會超光速遠(yuǎn)離我們而去,最終能看到的只有本星系群中的星系。
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