為什麼說97的可觀測宇宙已經「逃離」了地球

2022-11-28 02:46:34 字數 5882 閱讀 2514

1樓:李論科學

「在整個宇宙裡只存在著一個實體,只是它的形式有各種變化。」——〔法〕拉美特利:《人是機器》

隨著宇宙年齡的增長,每時每刻都有無數的星系正在從我們的視野中消失,每時每刻都有大量的資訊正在逃離我們的可見宇宙。所以我們經常說以後的人類不會比我們現在看到的更多,這一切都要歸咎於加速膨脹的宇宙,正在把一切推離我們的感知範圍。那麼我們現在能知道有多少可觀測宇宙已經消失了嗎?

為什麼說可觀測宇宙97%的星系已經和我們失去了聯絡?我們先來討論一下事物消失的含義,然後再回到大**的概念上來。

78億年,宇宙的分水嶺!在這之前一切都在減速

大**創造了一個熾熱、稠密、不斷膨脹的宇宙,而膨脹是時空結構本身的特性。而它裡面的物質和輻射會被稀釋,密度下降,隨著空間體積的擴張,它們之間的距離會越來越遠。與此同時,所有的物質和輻射也產生了巨大的引力,試圖把宇宙拉回到一起。

這就是數十億年來宇宙膨脹與萬有引力之間的偉大斗爭。而我們人類作為觀察者一開始並不知道哪一方會贏的勝利。

引力獲勝,它會使宇宙達到最大的尺寸,然後逆轉膨脹並在「大收縮」中告終?

膨脹獲勝,它會導致宇宙永遠膨脹,永不停歇,事物之間的距離變得無限遙遠,宇宙最終以「大凍結」而告終?

引力和膨脹都沒有獲勝,正好處在兩者之間的情形。在這種情況下,膨脹率無限趨近於零,但不會逆**一個臨界宇宙?也就是說宇宙中哪怕在多一個質子,引力就會逆轉宇宙!

雖然以上的宇宙命運彼此非常不同,但它們都有一個共同點。看看今天的宇宙,看看外面的星系。我們所能看到(在可見的極限)的任何一個星系,它所發出的光在穿越巨大的宇宙空間之後才到達我們的眼睛。

在經歷了數十億年的時間,光子孤獨地穿行在分隔星系並且不斷擴大的空間中。我們也可以認為,光子一直逆流而上,逆著不斷膨脹的宇宙空間往前飛行,最終達到地球。

隨著時間的推移,在宇宙最初的78億年裡,來自遙遠星系越來越多的星光開始追上我們。

為什麼這麼說呢?

因為在最初的78億年裡,宇宙一直在減速,這意味著即使宇宙在膨脹,即使遙遠星系離我們越來越遠,但它們遠離我們速度越來越慢。結果就是,最初我們肉眼看不見的星系,最終就出現在了我們的視野。

變成0,反轉,開始向我們逼近(大坍縮)。

減少但始終保持正值,永遠推行(大凍結)。

漸近趨向於0,永遠不會到達0,宇宙也永遠不會反轉(臨界)。

但是,隨著宇宙的膨脹,能量密度的持續下降,宇宙向我們揭示了一些不同尋常的事情,也可以說是一個彩蛋:空間本身有一種內在的能量,稱為暗能量。

78億年後,是暗能量的天下,一切都在加速

上圖左可以看到宇宙的膨脹對物質、輻射和暗能量的影響,暗能量基本不動,直到物質和輻射密度急劇下降,暗能量的作用才變得清晰可見,從大**到暗能量的影響改變宇宙的膨脹,這一過程花了78億年。也就是說,在宇宙誕生後的78億年間,任何觀察者都不會發現暗能量的存在,因為那時暗能量的能量密度還不足以影響宇宙的膨脹方式,只有宇宙的繼續膨脹,物質密度下降,暗能量才開始嶄露頭角,掌控宇宙。因此我們說這真的是宇宙的一個彩蛋、驚喜!

當暗能量密度變得足夠大,達到宇宙總能量密度的三分之一時,遙遠的星系不再減速,而是開始加速遠離我們。這意味著,它們的衰退速度非但沒有放緩,反而開始加速了!

那些遙遠星系發出的光已經到達地球的仍然會到達地球;加速的宇宙並沒有改變這一點。只會讓飛行途中的光紅移。

但對於許多這樣的遙遠星系,我們將永遠看不到它們發出的新光,在宇宙現在這個年齡之前,我們只能看到它們在很久以前發出的舊光。想想為什麼會這樣。

為什麼說可觀測宇宙97%的星系已經和我們失去了聯絡?

遙遠的星系在不斷膨脹的宇宙中發出光線。我們和那個星系之間的空間在繼續擴大,但光子仍在向我們靠近。由於星系不斷地發出光線,現在不僅有光到達我們,將來也會有光到達我們!

但是,想想那個星系今天在**。想想膨脹的、加速的宇宙。想想今天的宇宙有多大。

上圖展示了我們可觀測宇宙直徑大約是920億光年,包含了至少幾千億個(可能是上萬億個)星系。

可問題是,按照今天的膨脹率,任何距離我們超過140億光年的星系,我們都不會再接收到這個星系的光線!也就是說這個星系和我們之間的空間正非常快的速度膨脹,以至於今天發出的光子永遠也無法到達我們!如果我們計算一個140億光年半徑的球體中包含了多少可觀測宇宙,並將其與直徑920億光年的球體進行比較,就會發現我們只與可觀測宇宙中大約3%的星系目前扔有聯絡(存在因果關係),其餘星系都永遠消失了!

隨著時間的推移,越來越多的星系和星系團都將與我們失去因果關係。這並不意味著我們再也看不到它們了,這只是意味著我們再也無法與它們發生交流,它們發出的新光不會達到我們,我們發出的新光也不會達到它們。也就是說,如果我們現在以光速旅行飛向它們,也永遠不到達到目的地。

但是我們數十億年前發出的光可能還能到達它們!就像它們再數十億年前發出的光能到達我們的眼睛一樣:

但這些光的數量是有限的,

而且紅移非常高

也會發生時間膨脹,意思是遙遠星系的事件在我們看來會非常緩慢,

為了探測到這些更遙遠的星系,我們需要使用紅外望遠鏡,還得「把快門開啟」更長時間增加**,才能看到接受到它們以前發出的光線。

如果沒有暗能量(如果沒有加速或消失的星系),大**可能會以完全相同的方式發生,但我們的宇宙會更小,星系會離得更近,我們會看到更多的星系,它們的紅移會更少,宇宙會膨脹得更慢,每個星系的退行都會減速。大量的星系不會從我們的視野中消失,而是隨著時間的推移,新的星系會出現在我們視野!

雖然可觀測宇宙中沒有哪個星系消失到了看不見的地步,但97%的星系消失的原因是它們的新光已經無法到達我們了。星系仍然可見,但只是由於它們的舊光。例如,那些星系此時此刻發生了重大的事件,我們永遠都不會知道。

這就是正在消失的宇宙的運作方式,以及星系從我們的視野中消失的真正含義。

2樓:時光匆匆

雖然說在很多人的眼裡,宇宙是靜止不動的,但是它們每天都發生著變化,可能是**碰撞甚至是逃離,所以說,97%的可觀測宇宙已經逃離的地球。

3樓:阿寶值班

因為可被觀測的宇宙,只是宇宙比較淺層的東西,也是最容易出現變化的東西,在人類觀測後可能已經改變存在形態,變為其他物質。

4樓:挽清夢

因為宇宙浩瀚,各種星團眾多,恆星、行星也不計其數,可觀測的宇宙也是在不停的運動中,經過了數萬年的運動可能就變得無影無蹤了吧。

5樓:葉美美呵呵

準確的來說,宇宙也不是絕對禁止的,而在宇宙周圍的這一群星球,也都是隨著波動而改變的。所以距離地球距離越來越遠的星系也很多。

6樓:小叮噹答題

雖然這些可觀測宇宙已經逃離了地球,但是這並不能代表著一些其他原因。同時這也是一種宇宙的運作模式,所以這麼也是有一定意義存在的。

可觀測宇宙97%與地球失去聯絡?未來天空將只能看到一個星系?

7樓:李論科學

「在整個宇宙裡只存在著一個實體,只是它的形式有各種變化。」——〔法〕拉美特利:《人是機器》

隨著宇宙年齡的增長,每時每刻都有無數的星系正在從我們的視野中消失,每時每刻都有大量的資訊正在逃離我們的可見宇宙。所以我們經常說以後的人類不會比我們現在看到的更多,這一切都要歸咎於加速膨脹的宇宙,正在把一切推離我們的感知範圍。那麼我們現在能知道有多少可觀測宇宙已經消失了嗎?

為什麼說可觀測宇宙97%的星系已經和我們失去了聯絡?我們先來討論一下事物消失的含義,然後再回到大**的概念上來。

大**創造了一個熾熱、稠密、不斷膨脹的宇宙,而膨脹是時空結構本身的特性。而它裡面的物質和輻射會被稀釋,密度下降,隨著空間體積的擴張,它們之間的距離會越來越遠。與此同時,所有的物質和輻射也產生了巨大的引力,試圖把宇宙拉回到一起。

這就是數十億年來宇宙膨脹與萬有引力之間的偉大斗爭。而我們人類作為觀察者一開始並不知道哪一方會贏的勝利。

引力獲勝,它會使宇宙達到最大的尺寸,然後逆轉膨脹並在「大收縮」中告終?

膨脹獲勝,它會導致宇宙永遠膨脹,永不停歇,事物之間的距離變得無限遙遠,宇宙最終以「大凍結」而告終?

引力和膨脹都沒有獲勝,正好處在兩者之間的情形。在這種情況下,膨脹率無限趨近於零,但不會逆**一個臨界宇宙?也就是說宇宙中哪怕在多一個質子,引力就會逆轉宇宙!

雖然以上的宇宙命運彼此非常不同,但它們都有一個共同點。看看今天的宇宙,看看外面的星系。我們所能看到(在可見的極限)的任何一個星系,它所發出的光在穿越巨大的宇宙空間之後才到達我們的眼睛。

在經歷了數十億年的時間,光子孤獨地穿行在分隔星系並且不斷擴大的空間中。我們也可以認為,光子一直逆流而上,逆著不斷膨脹的宇宙空間往前飛行,最終達到地球。

隨著時間的推移,在宇宙最初的78億年裡,來自遙遠星系越來越多的星光開始追上我們。

因為在最初的78億年裡,宇宙一直在減速,這意味著即使宇宙在膨脹,即使遙遠星系離我們越來越遠,但它們遠離我們速度越來越慢。結果就是,最初我們肉眼看不見的星系,最終就出現在了我們的視野。

變成0,反轉,開始向我們逼近(大坍縮)。

減少但始終保持正值,永遠推行(大凍結)。

漸近趨向於0,永遠不會到達0,宇宙也永遠不會反轉(臨界)。

但是,隨著宇宙的膨脹,能量密度的持續下降,宇宙向我們揭示了一些不同尋常的事情,也可以說是一個彩蛋:空間本身有一種內在的能量,稱為暗能量。

上圖左可以看到宇宙的膨脹對物質、輻射和暗能量的影響,暗能量基本不動,直到物質和輻射密度急劇下降,暗能量的作用才變得清晰可見,從大**到暗能量的影響改變宇宙的膨脹,這一過程花了78億年。也就是說,在宇宙誕生後的78億年間,任何觀察者都不會發現暗能量的存在,因為那時暗能量的能量密度還不足以影響宇宙的膨脹方式,只有宇宙的繼續膨脹,物質密度下降,暗能量才開始嶄露頭角,掌控宇宙。因此我們說這真的是宇宙的一個彩蛋、驚喜!

當暗能量密度變得足夠大,達到宇宙總能量密度的三分之一時,遙遠的星系不再減速,而是開始加速遠離我們。這意味著,它們的衰退速度非但沒有放緩,反而開始加速了!

那些遙遠星系發出的光已經到達地球的仍然會到達地球;加速的宇宙並沒有改變這一點。只會讓飛行途中的光紅移。

但對於許多這樣的遙遠星系,我們將永遠看不到它們發出的新光,在宇宙現在這個年齡之前,我們只能看到它們在很久以前發出的舊光。想想為什麼會這樣。

遙遠的星系在不斷膨脹的宇宙中發出光線。我們和那個星系之間的空間在繼續擴大,但光子仍在向我們靠近。由於星系不斷地發出光線,現在不僅有光到達我們,將來也會有光到達我們!

但是,想想那個星系今天在**。想想膨脹的、加速的宇宙。想想今天的宇宙有多大。

上圖展示了我們可觀測宇宙直徑大約是920億光年,包含了至少幾千億個(可能是上萬億個)星系。

可問題是,按照今天的膨脹率,任何距離我們超過140億光年的星系,我們都不會再接收到這個星系的光線!也就是說這個星系和我們之間的空間正非常快的速度膨脹,以至於今天發出的光子永遠也無法到達我們!如果我們計算一個140億光年半徑的球體中包含了多少可觀測宇宙,並將其與直徑920億光年的球體進行比較,就會發現我們只與可觀測宇宙中大約3%的星系目前扔有聯絡(存在因果關係),其餘星系都永遠消失了!

隨著時間的推移,越來越多的星系和星系團都將與我們失去因果關係。這並不意味著我們再也看不到它們了,這只是意味著我們再也無法與它們發生交流,它們發出的新光不會達到我們,我們發出的新光也不會達到它們。也就是說,如果我們現在以光速旅行飛向它們,也永遠不到達到目的地。

但是我們數十億年前發出的光可能還能到達它們!就像它們再數十億年前發出的光能到達我們的眼睛一樣:

但這些光的數量是有限的,

而且紅移非常高

也會發生時間膨脹,意思是遙遠星系的事件在我們看來會非常緩慢,

為了探測到這些更遙遠的星系,我們需要使用紅外望遠鏡,還得「把快門開啟」更長時間增加**,才能看到接受到它們以前發出的光線。

如果沒有暗能量(如果沒有加速或消失的星系),大**可能會以完全相同的方式發生,但我們的宇宙會更小,星系會離得更近,我們會看到更多的星系,它們的紅移會更少,宇宙會膨脹得更慢,每個星系的退行都會減速。大量的星系不會從我們的視野中消失,而是隨著時間的推移,新的星系會出現在我們視野!

雖然可觀測宇宙中沒有哪個星系消失到了看不見的地步,但97%的星系消失的原因是它們的新光已經無法到達我們了。星系仍然可見,但只是由於它們的舊光。例如,那些星系此時此刻發生了重大的事件,我們永遠都不會知道。

這就是正在消失的宇宙的運作方式,以及星系從我們的視野中消失的真正含義。

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