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1 # 宇宙v空間
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2 # 鍾銘聊科學
關於這個問題,我們可以直接給出這樣的答案:
目前實際觀測中,我們看到最遠的天體是GN-z11,這是位於在大熊星座附近的高紅移星系,共動距離大約相當於距離地球是320億光年。(至於為什麼用“共動距離”,我稍後會解釋,你可以暫時理解成它距離我們320億光年。)理論上,我們所能觀測的範圍被我們叫做可觀測宇宙,直徑是930億光年,也就是我們可以理論上可以觀測到距離我們465億光年的尺度,可觀測宇宙其實只是宇宙的一部分。觀測要了解人類能探測到多遠,實際上,就得先搞清楚:人類是如何進行觀測的?
其實是這樣的,我們大多利用的是電磁相互作用來觀測。說白了,就是天體所發出的光傳播到地球,然後被我們的探測器所捕捉到。其實,我們日常看到東西,也是這樣。我們能看到地面上的一本書,是它反射了Sunny,然後光子進入了我們的眼睛裡。
這就帶來了一個問題,那就是我們看到的永遠都是“過去”,原因是這樣的,光的傳播是需要時間的,光速是3*10^8m/s,而所需的時間就是這段路程處於光速。所以,你照鏡子,其實看到的是過去的你,而不是現在的你。
只不過,由於光速是在太快,這速度一秒鐘可以繞地球尺度7.5圈,所以當你照鏡子時,那確實是過去的你,只不過是10^-9秒以前的你,這就讓你覺得好像就是現在的你是一樣的。
時空觀但是在觀測天體時,光速就不是一個大數字了,就拿我們太陽系來說,距離我們最近的恆星系是比鄰星所在的恆星系,它們距離我們4光年以上。
意思是,光要走完這段路都需要4年多的時間。也就是說,我們如果能看到比鄰星上的事件,那這件事其實是發生在4年多以前的。所以,你發現沒有?在天文上的觀測,其實要結合著時間和距離兩個要素一起看,否則就容易搞不清楚,這其實就是一種新的時空觀,而這些就是狹義相對論所描述的時空觀念。總結下來就是,一個事件是否會被我們觀測到,由於需要經過光的傳播,只有光傳播到了,我們才能看到,光還沒有傳播到,我們就看不到。而光傳播是需要時間的,因此,我們看到的是過去的事件。
宇宙在膨脹瞭解了這些基本的情況,我們可以來繼續看,如果僅僅是上面那樣也就算了,其實還有一個干擾因素叫做:宇宙膨脹。這是哈勃觀測到的,星系大多都在遠離我們,體現在觀測上,就是星系所發出被我們觀測到的電磁波都發生了紅移現象。
後來,進一步的研究發現,其實這種現象來自於宇宙空間的膨脹,而不是星系自身在運動。當我們觀測到一個天體時,如果它距離我們已經遠超過1億光年,我們就得考慮到宇宙膨脹效應。
這就使得,可能你現在看到它是在這裡,但實際上,由於它是1億年以前的發出的光,而且宇宙在膨脹,所以它現在的距離就離你更遠了,這裡的所謂的共動距離就是排除了宇宙膨脹效應,此時這星系實際距離你的位置。
而我們目前觀測到的GN-z11,它的紅移量z=11.09,計算得到的共動距離就是320億光年,也就是說,它現在的位置是距離我們320億光年的。而我們所看到的的其實是134億年前的它。說白了就是134年前(此時也就是宇宙4億歲時。),它發出的光,經過了134年後,被人類的觀測器觀測到了,所以,我們看到的是GN-z11的134年前的樣子。(所以,我們上文才會強調,在觀測天體時,時間和距離都要考慮在內。)
可觀測宇宙而GN-z11實際上是我們目前實際觀測到最遠的星系。而我們要知道的是宇宙有138億年的歷史,所以,從宇宙大爆炸那一刻起,宇宙就開始膨脹的,到了宇宙38萬歲時,也就是宇宙大爆炸後38萬年,光子才開始在宇宙中傳播。
(這是由於宇宙的早期,宇宙是不透明的,當時的情況就像是一鍋粒子粥,當時沒有原子,只有一堆比原子更小的粒子,光子也在其中,跌跌撞撞,一直出不來,直到38萬年後,溫度降到2700度,原子結構形成,光子也就開始在宇宙中傳播了。)
所以,如果透過觀測光,我們能看到最古老的光應該是宇宙38萬歲時傳播出來的,這個也要加上宇宙膨脹效應,我們就會得到一個461億光年的距離。
那你可能要問了,可觀測宇宙不是465億光年的半徑麼?
上文我們也提到了,461億光年是宇宙38萬年時開始傳播的,但是還有38萬年的時間是我們透過光看不到的。但並不是說沒有辦法了,實際上,宇宙誕生之初就會產生原初引力波和原初中微子。
引力波和中微子的穿透力極其強,它們並不會被宇宙早期的等離子體所束縛,而是從宇宙誕生之初就在宇宙中傳播,因此,我們只要能夠觀測到原初的引力波或者中微子,那麼我們就可以看到更古老的宇宙,也就是距離我們更遠的天體。當然,這部分同樣需要加上宇宙膨脹效應,得到的距離就是4億光年,加上之前的461億光年,也就是465億光年。因此,我們才會說,我們理論上所能觀測到的最遠距離是465億光年。
回覆列表
人類所觀測到的最遠的區域,是哈勃深空視場,距離我們約為133億光年,這個距離可以追溯到宇宙中的早期星系的起源了。不過至於宇宙的年齡和宇宙的範圍甚至宇宙大爆炸,這些都是在推理中。沒有人知道真正的答案!