宇宙有边界吗?人类最终是否能够到达宇宙的“边界”?

萌萌知识馆 2023-03-19 15:28:17

宇宙,是一个让人津津乐道的话题,每次提到它,我们都会有着一个疑问:宇宙有边界吗?如果有,它又在哪里?如果大爆炸理论成立,那么宇宙膨胀到尽头的位置又在哪里?离我们现在的位置有多远?这些都是我们尚未解开的谜团。

今天,让我们带着这些谜团,一起来探索宇宙的边界,并按照科学界最主流的猜测,探索一下宇宙之外的世界是什么样子的,本篇内容为探讨宇宙的深度长文,希望对天文学和宇宙感兴趣的朋友,能够耐心看下去。

完整的宇宙到底有多大?

至于宇宙有多大,我们的宇宙究竟是什么样的宇宙?这两个问题,是人类从古至今一直探索的问题,而自始至终也没有得到完美的答案。从古代的“宇宙表面无限,宇宙尽头无限”到“日心说”,我们对宇宙的认知,也是随着科学的发展不断清晰了起来。

随着宇宙学和天文学的诞生,人类对宇宙的认识有了新的高度,甚至发现宇宙真的是无边无际的,突破了在古代时对于天文学的“无知”。

更重要的是,宇宙一直在不断膨胀,这就是大家熟知的哈勃定律。而哈勃定律的发现,开创了现代宇宙学,人们通过它发现了宇宙微波背景辐射,通过科学家不断地对宇宙背景辐射的观察与研究,从而得知宇宙的大小。目前根据科学界已知的理论,我们可观测宇宙的半径大约是460亿光年,它的边界也就是常说的宇宙边界。

但是,需要明确指出的是,我们的宇宙的大小,是指我们借助光,所观测到的“可见宇宙”的范围。熟悉我的朋友应该知道,我在之前的文章当中,曾经写过关于哈勃定律证实宇宙仍在膨胀的理论的文章,而且膨胀的速度超过了光速,因此,我们看到的并非是一个完整的宇宙,也就是说,可观测宇宙只是我们人类能够通过科学观察到的宇宙大小,而不是我们宇宙真实的大小,真实的大小,是需要我们对物理学有更进一步的突破后,也许才能真正的了解到的。

伊利诺伊大学物理学教授杰西谢尔顿表示,“从某种意义上讲,所谓的宇宙边界,就是当最古老的光到达我们时,我们的眼睛所看到的景象。”这也说明,光的传播速度再快,也无法到达实际的边界,因为这个边界一直在不断膨胀,而正是因为我们的宇宙正在加速膨胀,导致绝大多数科学家都认为,宇宙应该是没有边界的。宇宙究竟有边界吗?

就像上文我们提到的那样,探索宇宙的边界,是必须要从“可观测宇宙”开始的。由于光在宇宙中,速度是恒定的,所以可以通过光到达地球的时间来计算地球和天体之间的距离。

例如,地球和月球之间的距离可以通过激光测量来确定,而对于那些离地球更远的恒星和星系,天文学界则利用光谱测距。因为恒星表面的光的颜色不是恒定的,而是会随着时间的推移而变化,所以天文学家可以通过比较恒星的真实亮度与从恒星上看到的亮度差异,计算出恒星自诞生以来发出了多少能量,并估计他们与地球的大致距离。

但是,光速对于宇宙来说还是太慢了,每秒30万公里的光速,不足以将信息传递到可观测宇宙的每一个角落,所以按照科学家的说法,人类是永远无法到达宇宙的边界的,况且,人是根本无法超越光速的。而且,由于宇宙时空超光速膨胀,145亿光年外的星系逆行速度也是超过光速的,所以超出这个距离的星系相当于与人类失去联系,根本无法真正进入到我们的已知宇宙当中。

而在宇宙诞生138.2亿年后的今天,人类文明所能到达和接触的星系,也只是占可观测宇宙星系总数的3%而已。而未来随着空间扩张的加速,这个比例还会继续下降。直径930亿光年的可观测宇宙,只是我们目前能看到的宇宙,并不是真正宇宙的边缘,我们看不到宇宙正在远超光速膨胀,这意味着宇宙是没有边界的,至少在观测意义上是没有边界的。

观测到宇宙的边界,也许需要突破“维度”

假设我们是站在第三视角来观察我们的宇宙,那么从可观测宇宙进行一步步的放大,我们会发现这样的景象:在数百亿到数十亿光年的尺度上,星系超星系团将会成为宇宙长城的节点,由绵延数十亿至数百亿光年的宇宙长城构成的网络结构被暗能量分割。熟悉宇宙学的朋友们应该都知道,我们的宇宙当中,暗能量是占近70%的。

如果这时候视野缩小到十倍,距离拉大到一亿光年,中心密集的星系就开始变得清晰可见了。银河系位于处女座超星系团的拉尼亚凯亚超星系团中,在1000万光年的较低温度下,本星系团和本星系群开始出现,直径18万光年的银河系基本轮廓也能依稀辨认。

那么如果缩小到百万光年到十万光年的尺度上,银河系将成为主要视野,我们的太阳系位于猎户座的旋臂。再缩小到10光年到1光年的尺度上,太阳会和周围的恒星一起被放置在本地泡泡中,而地球在这个尺度上会变得如尘埃般渺小。

根据爱因斯坦的广义相对论,我们宇宙的最终形状很可能类似于地球,属于一个有界的无限球体,具体来说是一个封闭的四维超球面,就像船只无法离开地球,只能不断地返回原点。未来,人类将驾驶飞船向一个方向飞行,最后大概率会回到起点,因为人类和飞船都是三维物体,就像离开地球一样,必须用火箭向另一个方向发力,才能跳出现在的三维宇宙,亲眼看到宇宙的全貌或者边界,就必须先进入四维空间。

然而,人类对四维空间依旧有着未知的面纱。如果爱因斯坦晚年的大统一理论能够得以成功,将四种基本力融合到一个框架中,找到宇宙内在的相似性,那么人类就有可能超越维度的限制,深入宇宙,观察到宇宙真实的边界形态。可惜的是,爱因斯坦至死也未能完成他的理论,而更令人遗憾的是,至今世界上仍然没有出现能够颠覆现有物理学理论的科学家。

宇宙外面是什么?

科学界有两种主流猜测:一是平行宇宙,也就是说,我们每天做出的选择都会形成一个不同的平行宇宙;二是多元宇宙,即假设我们的宇宙是超球面宇宙,那么另一个宇宙可能是马鞍形宇宙,也可能是扁平宇宙,它们有着不同的形状和属性,比如光速可能是每秒10万公里,也可能是每秒100万公里。

德国哲学家康德曾经说过,从自然规律中,我们可以猜测,宇宙可能真的有它的设计者。如果把沙子看作宇宙中的行星,那么宇宙就像一个巨大的生命体,而我们的宇宙在另一个宇宙中可能只是一个细胞或者一个病毒,这让整个世界显得无限神秘,世间万物环环相扣,无穷无尽。那么宇宙外面是什么?这也许是我们根本难以触达到的答案。但是,这并不妨碍人类科技的进步,对于宇宙“物理意义”上的边界,人类是一定会进一步去一探究竟的。

人类有机会到达“宇宙边界”吗?

那么,人类是否终会有一天,能够达到宇宙的边界呢?正如上文我们提到的,宇宙正在不断地向外扩张,但我们不知道它的边界究竟有多远。要知道宇宙的膨胀速度,我们必须知道它从大爆炸到现在的平均速度,但这个值一直在变化,所以我们很难得出一个准确的结论。有科学家认为,宇宙边界应该是139亿光年之外,因为有一束光在宇宙中被反射回来,而这束光的路径受到其他天体干扰的概率很小。然而,这一观点并没有被广泛接受,因为宇宙中有太多的物质可以反射光,139亿光年是一个很长的距离,我们无法确定宇宙边界究竟在哪里。宇宙边界是否类似于墙壁,能够反射光线,或者是类似于地球大气层的结构,光线到达那里不会被反射,而是笔直向前,这些都是未知数。

尽管科学家们渴望探索宇宙的边界,但以目前的科技水平,这对人类来说仍是一个遥不可及的梦想。宇宙的边界与宇宙中的空间有着明显的区别,我们可以从观察地球来证明这一点:大气之下的空间与大气之间的空间是有明显区别的。宇宙的边界也是如此,远比我们想象的复杂。探索宇宙的边界,不可能靠探测器或飞船前往,因为距离太遥远,可能至少有数百亿光年。我们能够依靠的是强大的观测设备,如天文望远镜。随着科技的不断发展和天文数字望远镜的不断更新,观测距离也越来越远,或许有一天,我们可以通过它来观察到宇宙的边界。

如果未来的某一天,人类能够观测到宇宙的边界,将会引发另一个新的问题:宇宙之外又是什么?而这个时候这个问题不再像我们现在这个阶段一样,只是提出假设或者猜测,而是真正地用科学的方法论进行论述,毕竟,宇宙可以不断膨胀,而外面没有空间,似乎就很难解释了。就像一个气球,如果被固定在有限的空间内,它的体积只能膨胀到空间的大小,否则就无法继续膨胀。

总之,宇宙中有太多的奥秘等待着人类去探索,宇宙的大小和边界只是宇宙众多谜团之一,更大的奥秘就是宇宙的起源,它是如何产生的?虽然科学家猜测它可能来自奇点大爆炸,但这只是我们的一种假设。即使真的来自奇点大爆炸,那么这个能创造宇宙的奇点又是什么?它又是怎么来的?要想揭开宇宙的诸多奥秘,只能依靠科技的力量。

我始终认为,只要人类文明能够继续发展下去,相信总有一天,宇宙的奥秘会被我们完全揭开的,你认为呢?

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评论列表
  • 2023-03-20 15:04

    只会是混沌空蒙状态,无边无际,虚无缥缈。

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