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事实揭露 揭密真相
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可观测宇宙(observable universe)是一个以观测者作为中心的球体空间,小得足以让观测者观测到该范围内的物体,也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。截至2013年对宇宙年龄最精确的估计是137.98±0.37 亿年。 但由于宇宙的膨胀,可观测宇宙的半径并不是固定的138亿光年,人类所观测的古老天体当前的距离比起其原先的位置要遥远得多(以固有距离(proper distance)来衡量,固有距离在现在的时点和同移距离是相等的)。 现在推测可观测宇宙半径约为465亿光年,直径约为930亿光年。 根据宇宙学原理,从任何方向到可观测宇宙边缘的距离大致是相等的。

“可观测”在这个意义上与现代科技是否容许我们探测到物体发出的辐射无关,而是指物体发出的光线或其他辐射可能到达观测者。实际上,我们最远只能观测到宇宙从不透明变为透明的临界最后散射面(surface of last scattering),但在未来的技术下,我们有可能观测到更古老的宇宙中微子背景辐射,甚至可能能够从引力波的探测推断这个时间之前的信息。有时候天体物理学家将“可视宇宙”(visible universe)和“可观测宇宙”相区分,前者只包括了再复合时期以来的信息而后者则包括了自宇宙膨胀(传统宇宙学的大爆炸及现代宇宙学的暴胀时期结束)以来发出的信息。经过计算,到CMBR粒子的同移距离(可视宇宙的半径)大约为140亿秒差距(约457亿光年),而到可观测宇宙边缘的同移距离大约为143亿秒差距(约466亿光年),大约比前者大2%[1]

宇宙和可观测宇宙

宇宙中的部分区域由于过于遥远,以至于从大爆炸以来发出的光线未能有足够的时间到达地球。因此这一部分的区域在可观测宇宙之外。到了未来,从遥远星系发出的光线获得了更多的光行时间,所以目前宇宙中更多的区域将成为可观测宇宙的一部分。但是根据哈勃定律,宇宙中足够遥远的区域以超过光速速度膨胀,远离地球而去,而相对地,邻近的物体间则不能以超光速运动。假设暗能量维持不变,宇宙继续加速膨胀,那么处在未来视界以外的天体在无限未来的任意一个时间点都永远无法进入可观测宇宙的范围,因为从那些天体发出的光永远无法到达我们。假设宇宙将一直持续膨胀下去,未来视界的同移距离经计算为190亿秒差距(620亿光年)。这意味着在理论上我们在未来无限时间内可观测的星系数量是当前可观测星系的数量乘以系数2.36。

艺术家对可观测宇宙的对数尺度构想,以太阳为中心,朝外是太阳系内行星和外行星,柯伊伯带奥尔特云南门二猎户臂银河系仙女座星系,邻近星系,宇宙纤维状结构,宇宙微波辐射以及处在边缘的不可见的大爆炸等离子体

虽然原则上到了未来更多的星系将变得可观测,而事实上越来越多的星系会因宇宙的不断膨胀而具有极高的红移值,它们将渐渐地从视线中消失,最终变成不可观测。 另一个微妙之处是在一个给定的同移距离上,如果我们可以收到从一个星系在其过去历史中的任意年龄段发出的信号,那么该星系可以被定义为位于可观测宇宙的范围内(比如该星系在大爆炸5亿年后发出的信号),但是因为宇宙膨胀,可能在该星系往后的年龄段上从同一星系发出的信号在无限未来的任意一个时间点都永远不会到达我们(例如在大爆炸100亿年后我们可能永远也无法知道该星系是什么样子的), 即便它仍然在相同的同移距离上(同移距离和固有距离不同,同移距离排除了宇宙膨胀因素的影响,因而不随时间变动)。这个事实可被用于定义一种距离随时间改变的事件视界。例如,当前到该事件视界的距离大约是160亿光年,意味着从当前发生的并且距离我们不超过160亿光年的事件发出的信号在将来最终将到达我们。但是如果事件发生在160亿光年以外,我们永远也接收不到信号。

不论是通俗的还是专业的研究文章都会使用“宇宙”一词指代“可观测宇宙”,因为我们不可能知道任何与我们没有因果关系的事物。但至今没有发现指出“可观测宇宙”等同于整个宇宙。根据宇宙暴胀理论,如果暴胀起于大爆炸后10−37秒,那么似乎能有理地假设成目前宇宙的大小约等于光速乘以它的年龄,这样就意味着整个宇宙的大小至少比可观测宇宙大3x1023倍(约109543光年)。 有些更低的估计声称整个宇宙比可观测宇宙大250倍(约3兆4500亿光年)。

如果宇宙是有限的,宇宙也可能比可观测宇宙小。在这个情况下,观测者认为距离很远的天体,其实只是一个较近的天体发出的光环绕著宇宙移动而产生的复制影像。但这个理论很难被验证,因为天体的不同影像可能处于不同的时代,外貌因而大不相同[2]

视频

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参考文献