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一个加速膨胀的宇宙最终会带我们去到何处?
来源:本站原创   更新时间:2020-09-28 浏览次数:

【如果将宇宙结构比喻成一个生面团,星系和其它物质就是生面团上的芝麻。我们将生面团放入烤炉,面团发生膨胀,边缘芝麻的移动速度似乎超过靠近中央的芝麻。 】

▲曲速移动

上物理课时,老师告诉我们任何物体的速度都无法超过光速。不过,凡事都有例外。天文学家认为某些星系正以超光速的速度远离我们,这意味着它们将在我们的视线中永远消失。

137.8亿年前,拥有无限大密度的奇点发生大爆炸。大爆炸后,宇宙在不到一秒钟内膨胀了10的16次方倍,膨胀速度超过光速。你可能认为,宇宙在此之后以恒定速度膨胀,甚至会减慢。如果膨胀速度减慢,我们能够看到宇宙的边缘,因为在这种情况下,没有光线穿越不了的距离。

但实际上,宇宙一直加速膨胀。宇宙内存在一些异常遥远的角落,光子永远无法到达。其结果是,宇宙的边缘仍处在阴影之中。里面究竟隐藏着什么秘密,我们可能永远找不到答案。

时至今日,宇宙仍在膨胀并且速度不断加快。这会影响宇宙的物质和结构。与距离我们较近的星系相比,较远星系的移动速度似乎更快。宇宙内的某些星系甚至有可能超越光速。如果存在这样的星系,我们将很难对其进行观测。

▲大爆炸后的宇宙膨胀时间线

如果将宇宙结构比喻成一个生面团,星系和其它物质就是生面团上的芝麻。我们将生面团放入烤炉,面团发生膨胀,边缘芝麻的移动速度似乎超过靠近中央的芝麻。宇宙也是同样的情况。宇宙的膨胀速度为68公里/每秒每百万秒差距(1秒差距等于326万光年)。星系与我们之间的距离增一百万秒差距,速度增加68公里/每秒。

一旦与我们之间的距离达到4200百万秒差距,星系的移动速度将超越光速。4200百万秒差距是一个超乎想象的距离,相当于130×10的21次方公里。通过计算星系光线抵达地球所需的时间,天文学家能够确定星系与地球之间的距离。

我们可以通过观测红移和蓝移,确定星系究竟是远离还是靠近地球。随着星系的远离,所发出的光线需要更长时间才能抵达地球。在这种情况下,星系和地球之间的空间导致光线波长拉伸,向光谱的红端偏移,称之为“红移”。不断远离我们的星系呈现为红色,而朝着我们移动的星系,由于所发出光线的波长缩短,呈现为蓝色。

近红外夜空全景图,涵盖150万个星系,5亿颗恒星

我们能够探测到的最遥远的宇宙事物是宇宙微波背景辐射,也就是大爆炸的“余晖”。微波背景辐射137亿年前出现,迄今为止已朝着所有方向扩张了460亿光年。俄亥俄州大学天体物理学家、COSI科学中心首席科学家保罗?苏特指出,“光速是物质或信息速度极限”的观点来自于爱因斯坦的狭义相对论。但这是所谓的“本地物理学”的组成部分,能够也一定适用于附近的天体。

哈勃深空场,迄今为止观测到的一些最为遥远的星系就座落于此。暗物质导致宇宙膨胀加速,可能让某些异常遥远星系的移动速度超越光速

然而,在最为遥远的宇宙角落,广义相对论适用,但狭义相对论可能并不适用,光速未必是速度极限。一个加速膨胀的宇宙究竟意味着什么?无异于宇宙热寂。经过数十亿年的变迁,星系膨胀最终导致气体无法凝聚,也就无法形成恒星。星系将被拉伸得越来越薄。其它星系的光线无法抵达地球。不会再有新的恒星形成,恒星家族的新老交替停止。宇宙内的所有光线将缓慢变暗,最终将永远陷入冰冷的黑暗之中,除非其它力能够抵消它。

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