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宇宙究竟有多大?它的邊界在哪裡?

如果你有想過時空旅行,很簡單,你只要抬頭仰望天空就可以了。你所看到的每一縷星光,都是遙遠過去的每一個瞬間。這是因為宇宙中的恆星,星係都距離我們太過遙遠,即便其中最近的那些,它們發出的光要抵達地球,也需要幾千幾萬甚至幾十萬年的時間。

如果你有想過時空旅行,很簡單,你只要抬頭仰望天空就可以了。你所看到的每一縷星光,都是遙遠過去的每一個瞬間。這是因為宇宙中的恆星,星係都距離我們太過遙遠,即便其中最近的那些,它們發出的光要抵達地球,也需要幾千幾萬甚至幾十萬年的時間。

毫無疑問,宇宙浩渺無垠。但是,宇宙究竟有多大?

加拿大西部大學天體物理學家莎拉表示:“這個問題的答案,我們或許並不清楚。”宇宙的大小是天體物理學中的核心問題之一,或許也是一個永遠都得不到答案的問題,但這一點並不妨礙科學家們不斷去做出嘗試。

距離地球越近的天體,測量它的距離就越簡單。比如測量日地距離,那是小菜一碟。測量地月距離?更是容易。科學家們所要做的,只是從地區發射一束激光,讓它從月球表面反射回來,而我們只要測量光束的來回反射時間,就可以非常精準的測算出月球的距離。

但是在銀河系中稍微遠一些的天體,測量它們的距離的時候,就需要一些技巧了。畢竟要想發射一束能夠抵達那些天體的激光,還是很難做到的。退一萬步說,即使隨著技術進步,有一天我們真的可以發射這麼強大的光束過去了,可是誰又願意在接收機前苦苦等待幾千幾萬年的時間,去等待接收這樣一個反射信號呢?

但是先不要慌,即便對於那些最遙遠的天體,天文學家們也有專門的辦法。隨著時間推移,恆星的顏色會發生改變,而基於它們的顏色,天文學家們可以大致估算這些恆星發出多少能量,或者光。兩顆發出同樣數量能量,具備同樣亮度的恆星,如果它們到地球的距離不同,那麼從地球看過去,它們是不一樣的。很自然的,比較遠的那一顆看上去會暗淡一些。科學家們可以根據恆星的真實亮度,然後比對它們從地球上看去的明暗程度,便可以據此推算出它們到地球的遠近。

但,宇宙的邊界呢?該如何測算那些真的極度遙遠的天體的距離?這裡用到的方法比較複雜了。

請牢記:一個天體距離地球越遠,它所發出的光抵達地球所要花費的時間也就越長。可以想像,有一些天體距離我們極為遙遠,它們發出的光甚至需要數百萬,甚至數十億年才能抵達我們這裡。現在,請再想像,有一些天體,它們的距離實在過於遙遠,以至於即便在宇宙已經經歷的這麼上百億年時間裡,它的光都沒來得及抵達地球。這正是科學家們面對的困難。

美國紐約州立大學布法羅分校的天體物理學家威爾表示:“我們所能看到的,只是一個小小的‘氣泡’,在它的外面是什麼?我們不知道。”

不過,通過測量這個“氣泡”的大小,科學家們可以估算出這個“氣泡”以外的某些情況。

天文學家們知道宇宙誕生於大約138.2億年前,誤差大概數億年左右。這就意味著一個天體,如果它發出的光需要經過138億年左右的時間才能抵達地球,那它就應該是我們能夠看到的最遙遠的天體之一了。看到這裡,你或許會想,是不是找到了一個測量宇宙大小的捷徑:138億光年。

錯誤。請不要忘記,宇宙並非靜止,而是處於不斷地膨脹之中,並且是在加速膨脹。在光線從那個遙遠的天體出發飛向我們的過程當中,它距離地球又變得更遠了,換句話說,我們這個“氣泡”的邊界向外移動了。幸運的是,天文學家們可以計算出這個邊界移動了多少,換句話說,基於對大爆炸以來宇宙膨脹情況的計算結果,我們可以得到一個數值:今天我們能夠觀測到的宇宙邊界,半徑大約465億光年左右。

一些科學家一直在嘗試利用這一數值,去估算更加遙遠的外部空間的情況。那些地方是我們永遠無法觀察到的。基於一些基本的宇宙學假說,我們認為宇宙存在曲率,天文學家可以觀察在可觀測宇宙範圍內,宇宙所呈現出的是哪一種“曲率模式”,並進而推算其向外延伸多遠。一項最新研究認為,可觀測宇宙之外的宇宙剩餘部分至少要比我們465億光年半徑的“氣泡”遠250倍以上。

不過,肯尼也有其他看法,他指出,並無證據證明宇宙是有限的,或許,宇宙就是無限延伸下去的。

目前,天文學界並沒有在宇宙究竟是有限的還是無限的這個問題上達成最終的共識。但天文學家們都同意,宇宙極為廣袤。不幸的是,我們目前所能看到的這個小小的氣泡,還可能是我們看到最多東西的時候。由於宇宙在不斷加速膨脹,可觀測宇宙的外部邊界事實上是在以超越光速的速度向外擴張的。這就意味著可觀測宇宙的邊界正以超光速的速度遠離我們,那裡的天體發出的光最終將無法抵達我們這裡。最終,隨著宇宙膨脹持續,所有的天體都將逐漸消失在我們的視野當中。

思考宇宙的尺度和命運,對於我們而言似乎太過難以想像,太過不自量力。但這些都不會讓天文學家們停下探索求知的腳步。或許我們永遠也無法抵達最後的答案,這或許會讓我們感到沮喪,挫敗,但科學家們為了獲取新的知識和智慧所做的一切,都是值得的。

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