可觀測宇宙直徑高達(dá) 930 億光年,其中包含 2 萬億個(gè)星系、數(shù)千億億顆恒星。
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但是可觀測宇宙并不等于整個(gè)宇宙,很多人以為930 億光年就是宇宙的全部,我們能看到的就是宇宙的盡頭,這其實(shí)大錯(cuò)特錯(cuò),可觀測宇宙只是宇宙中 “我們能看到的范圍”,就像一個(gè)人站在大霧里,只能看見 10 米遠(yuǎn)的地方,并非霧只有 10 米,而是視線被大霧限制了。
而在宇宙中,限制我們視線的 “大霧”,就是光速和宇宙的年齡。
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根據(jù)科學(xué)測算,宇宙誕生于 138 億年前的大爆炸,光速是宇宙中最快的速度,約為每秒 30 萬公里。光在 138 億年里能傳播的最遠(yuǎn)距離,理論上是 138 億光年。
但由于宇宙一直在加速膨脹,遙遠(yuǎn)天體發(fā)出的光在傳播過程中,空間本身也在不斷拉伸,因此這些光實(shí)際走過的距離遠(yuǎn)超 138 億光年,這也是可觀測宇宙直徑最終達(dá)到 930 億光年的原因,它是光在 138 億年里,結(jié)合宇宙膨脹效應(yīng),能夠抵達(dá)地球的最大范圍,這一范圍也被科學(xué)家稱為 “粒子視界”。
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簡單來說,可觀測宇宙的邊界并非宇宙本身的邊界,而是我們 “看得見” 的邊界。在這個(gè)邊界之外并非虛空,而是我們永遠(yuǎn)無法直接觀測的宇宙區(qū)域。那里的光還沒來得及飛到地球,甚至永遠(yuǎn)都無法抵達(dá),因?yàn)橛钪媾蛎浀乃俣纫呀?jīng)超過了光速。
重點(diǎn)來了:可觀測宇宙之外,到底有什么?
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目前天文學(xué)家結(jié)合宇宙微波背景輻射、暗能量模型和暴脹宇宙學(xué)的研究,提出了三種最有可能的假說,每一種都足以顛覆認(rèn)知,尤其是最后一種,讓人細(xì)思極恐。
第一種假說:無限延伸的 “相同宇宙”
該假說認(rèn)為,宇宙本身是無限大的,可觀測宇宙之外,依舊是無數(shù)個(gè)與我們相似的宇宙區(qū)域,有無數(shù)星系、恒星、行星,甚至可能存在無數(shù)個(gè) “地球”、無數(shù)個(gè) “你”。
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如果這一假說成立,真實(shí)宇宙便是無限大、無邊界、無盡頭的,可觀測宇宙只是這片 “無限沙漠” 中我們能看見的一小撮沙子,即便我們能以每秒 1 光年的速度飛行,飛行 1 億年、1 萬億年,直至?xí)r間消逝,也依舊飛不出這片無限宇宙,眼前永遠(yuǎn)是無盡星空,永遠(yuǎn)有新的星系與天體等待被發(fā)現(xiàn)。
第二種假說:“泡泡宇宙”。
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這一假說比無限宇宙更為震撼,它認(rèn)為我們的宇宙只是無數(shù)個(gè) “宇宙泡泡” 中的一個(gè),可觀測宇宙之外,是無數(shù)與我們平行存在的 “泡泡”。每個(gè)泡泡都是獨(dú)立的宇宙,擁有自己的物理規(guī)則、星系體系與演化歷史,部分泡泡宇宙的基本物理常數(shù),甚至與我們截然不同。
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該假說源于 “暴脹宇宙學(xué)”。科學(xué)家認(rèn)為,宇宙大爆炸后的極短時(shí)間內(nèi),宇宙經(jīng)歷了一段指數(shù)級(jí)膨脹時(shí)期,這種膨脹并不均勻,如同沸水產(chǎn)生的泡泡。部分區(qū)域膨脹停止,形成了我們所在的宇宙;另一些區(qū)域則持續(xù)膨脹,不斷誕生新的 “宇宙泡泡”,這一過程無限延續(xù),最終構(gòu)成龐大的多元宇宙體系。
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更令人震撼的是,這些 “宇宙泡泡” 彼此獨(dú)立、互不干擾,擁有完全不同的物理規(guī)則。有的泡泡宇宙中可能不存在引力,恒星無法發(fā)光,行星無法運(yùn)轉(zhuǎn);有的沒有原子與分子,根本無法誕生生命;甚至有的泡泡宇宙時(shí)間倒流,死亡先于出生。
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更讓人絕望的是,我們永遠(yuǎn)無法抵達(dá)其他 “宇宙泡泡”。即便突破光速,也無法穿越泡泡間的虛空。由于物理規(guī)則不同,當(dāng)我們靠近另一個(gè)泡泡的瞬間,構(gòu)成身體的粒子會(huì)因無法適應(yīng)規(guī)則瞬間瓦解,不留一絲痕跡。
第三種假說:閉合的 “超球面宇宙”
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這一假說最顛覆直覺,它認(rèn)為宇宙本身是一個(gè) “閉合的超球面”,如同地球表面,沒有邊界但面積有限。我們?cè)诘厍虮砻嬉恢毙凶撸肋h(yuǎn)找不到邊界,最終只會(huì)繞圈回到原點(diǎn)。而宇宙便是更高維度的 “超球面”,我們?cè)谟钪嬷谐掷m(xù)飛行,無論飛越多少光年,最終都會(huì)回到出發(fā)的地球。
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該假說得到了部分宇宙微波背景輻射觀測數(shù)據(jù)的支持,普朗克衛(wèi)星觀測到的背景輻射微小波動(dòng),恰好符合 “閉合宇宙” 的模型預(yù)測。如果假說成立,真實(shí)宇宙雖有限,我們卻永遠(yuǎn)無法飛出,因?yàn)樗鼪]有邊界,“飛出宇宙” 本身就是偽命題,就像在地球表面永遠(yuǎn)無法 “飛出地表”,只能不斷繞圈回到原點(diǎn)。
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更細(xì)思極恐的是,若宇宙是閉合的,我們看到的部分遙遠(yuǎn)星系,或許就是銀河系的 “鏡像”,光在宇宙中環(huán)繞一圈后返回地球,我們看見的,其實(shí)是銀河系過去的模樣。
講完三種假說,我們回到第二個(gè)終極問題:真實(shí)的宇宙到底有多大?
我們可以做一個(gè)直觀對(duì)比:1 光年約為 9.46 萬億公里,可觀測宇宙直徑 930 億光年,光需要 930 億年才能橫穿;而閉合的真實(shí)宇宙,光需要 23 萬億年才能環(huán)繞一圈。
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人類最快的探測器旅行者 1 號(hào),速度約為每秒 17 公里,飛行 1 光年需要近 18500 年,飛完可觀測宇宙直徑需要 1.7 萬億年,飛完真實(shí)宇宙直徑則需要 4.25×101?年,這個(gè)時(shí)間比宇宙 138 億年的年齡,還要大 3000 多萬倍。
更令人絕望的是,宇宙仍在加速膨脹,且速度越來越快。占據(jù)宇宙總質(zhì)量 68% 的暗能量,作為宇宙膨脹的驅(qū)動(dòng)力,不斷拉伸空間,讓真實(shí)宇宙的規(guī)模每一天都變得更加龐大遙遠(yuǎn)。
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我們總以為人類已經(jīng)足夠強(qiáng)大,能登上月球、發(fā)射探測器飛出太陽系、通過望遠(yuǎn)鏡觀測 138 億年前的星光。可在真實(shí)宇宙的尺度面前,人類所有的成就都渺小又微不足道。
地球直徑 1.2 萬公里,只是太陽系中一顆不起眼的巖石行星;太陽系直徑 1 光年,只是銀河系數(shù)千億個(gè)恒星系統(tǒng)之一;銀河系直徑 10 萬光年,只是可觀測宇宙 2 萬億個(gè)星系中的一個(gè);而可觀測宇宙,在真實(shí)宇宙中,或許連一粒塵埃都算不上。
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有人或許會(huì)問,既然永遠(yuǎn)飛不出宇宙、無法知曉全部真相,探索宇宙還有意義嗎?
答案很簡單:因?yàn)槲覀兪侨祟悾歉矣谘鐾强铡⒆穯栁粗纳覀兊纳眢w被囚禁在這顆藍(lán)色星球上,被光速與視界限制,但思想?yún)s能跨越百億光年,推演宇宙誕生、計(jì)算時(shí)空膨脹、推測視界外的奧秘、讀懂宇宙的終極規(guī)則。
這便是人類最偉大之處:哪怕身處牢籠,依然仰望星空;哪怕前路無盡,依然執(zhí)著探索;哪怕渺小不值一提,依然敢于追問宇宙的終極答案。
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可觀測宇宙之外是什么?真實(shí)宇宙有多大?
或許未來某一天,人類能突破物理規(guī)則的限制,超越光速、穿越視界,親眼看見視界之外的風(fēng)景,揭開真實(shí)宇宙的終極奧秘,但此刻,我們能做的,是敬畏宇宙、珍惜當(dāng)下,珍惜這顆來之不易的藍(lán)色星球,珍惜每一次仰望星空的時(shí)刻。
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