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  • 1 # 量子科學論

    自大爆炸以來,宇宙的第一顆恆星,第一個星系所發出的光,都在不斷地向我們奔來,我們現在可以看到大部分星系,甚至在未來韋伯望遠鏡升空以後,還有望看見宇宙中首批恆星。不過能看見,不代表它們和我們有關係!這什麼意思呢?接著往下看,就明白了。

    我們宇宙的規模

    人類一代又一代的科學家研究了幾千年的夜空,才理解了宇宙的真實大小和範圍。

    在行星和恆星之外,在銀河系之外,是一個巨大的宇宙深淵,充滿了至今仍未計數的星系,這些星系在宇宙中綿延數百億光年。更準確地說,在我們可觀測的宇宙中,也就是地球所在位置465億光年範圍內的宇宙,有超過1000億個星系。我們對宇宙最深入的觀測哈勃極深場(XDF),最終將星系的下限數量增加到接近2000億個,當然,可能還有更多的星系仍未被我們發現。

    我們都知道宇宙大爆炸,或者說是我們宇宙中所有物質和能量的誕生過程,就發生在137億年前,而我們又說可觀測的宇宙距離有465億光年!這是怎麼回事?

    原因是,當星系形成地那一刻,光就開始向我們源源不斷地傳播,但在光奔襲地過程中,星系之間的時空一直在膨脹,星系一直在後退,所以星系現在所處地位置,比光傳播地距離要遠地多。這是自從大爆炸以來就一直在發生的事情。

    為什麼有人說我們能看到有些星系,但已經和它們失去了因果關係?

    根據我們目前對宇宙構成成分的理解,這包括正常物質、輻射、暗物質和暗能量!我們現在確切地知道宇宙膨脹在過去是如何發生的,以及它在未來將如何繼續。也就是說,光經過50億年到達我們的眼睛就向我們展示了一個現在距離我們61億光年遠的物體,光經過100億年的旅程到達我們的眼睛,現在這個物體的距離已經超過了160億光年。

    因為膨脹將會持續到未來,所有現在離我們越遠的物體將來會越來越快地遠離我們,最終會從我們所能到達的宇宙中消失。這裡說地到達指的是,進行資訊交流或者是我們以光速旅行,能否到達這個星系。

    離我們最近的大型星系團:室女座星系團,“只有”5000萬光年遠,如果我們登上一艘以光速飛行的宇宙飛船,我們就能在1億年內到達室女座星系團中的任何一個星系。

    你可能會認為這適用於宇宙中的任何一個星系:如果我們能以光速旅行,我們就能到達宇宙中的任何一個星系。如果我們生活在一個沒有暗能量的宇宙中,這個想法確實是正確的,但在我們真實的宇宙中,我們有速度極限的限制,而且隨著時間的推移,就算我們能夠達到光速,也不可能到達任意一個星系。

    由於宇宙不斷的膨脹,星系離我們越遠,它遠離我們的速度就越快,或者說它發出的光越紅。上圖是哈勃超深場的一部分,展示了迄今為止我們發現的紅移最高的星系。其實任何紅移大於1.8的星系,或者現在距離我們超過160億光年遠的星系,都已經超出了我們的感知範圍。因為它們遠離我們的速度均以超過光速。我還以光速旅行或者傳遞資訊,肯定永遠無法到達它們。

    即使我們現在有一艘相對論性的宇宙飛船,即使我們自己能以光速旅行,無論飛多長時間,我們都不可能到達這些星系。也就是說,我們發出的光將永遠不會被那些星系接收到,那個星系現在發出的光也不可能被我們接受到,我們和它們已經失去了因果關係,互不影響,不會再有任何的資訊交流。

    總結:研究宇宙也要“抓緊時間”

    事實上,目前我們所能到達的部分只佔可觀測宇宙體積的4% !

    隨著時間的推移,情況只會變得更加嚴重;時間每分每秒的流逝,這意味著靠近“可達到”邊緣的天體將繼續向外擴張,以越來越快的速度遠離我們。雖然我們現在能到達室女座星系團的每一個星系,但在1000億年後,它也將會在我們的視野中消失。

    到時只會剩下我們自己的本星系群:仙女座和銀河系共同的衛星星系。這些星系將構成我們整個宇宙。

    如果我們思考遙遠的未來,所有的宇宙島嶼,所有的星系,最終會發現自己孤獨的飄蕩在宇宙中,除了能看到它們自己所在的本星系群或星系團中極少數的星系。也就是說,我們所看到的每一個星系,只能在有限的時間內觀察到它們。

    然而,今天,這一切都在我們的宇宙中。我們能看見它們,但無法達到它們。所以抓緊時間研究宇宙,並不是說說而已,晚了真的什麼就看不到了。

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