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宇宙27︱人类将被孤立?可观测宇宙97%的星系已失去联系

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看一下这张图片,这是我们的可观测宇宙,直径约920亿光年,通过哈勃深场的初步测量,可以大致地推断出,在这个球体内包含了大约2000亿个星系。

这是我们今天能够看到的全部,在这之外的宇宙到底有多大?里面都有些啥东西,我们不知道,就仅仅可观测的部分来说,已经大得令人头皮发麻。

但是,有一个更加重要的事实我们需要知道,在可观测宇宙中97%的星系,虽然我们现在能够看到它们,但是它们已经和我们失去了因果关系,或者说已经失去了联系。


即使我们现在从地球上以光速出发,都不可能再达到这些星系了,或者说,我们现在给这些星系发射电磁信号,这些信号永远都不可能传到这些星系,因为它们的退行速度已经超过了光速。

而我们现在之所以还能够看到它们,是因为它们以前发出的光,现在到达了地球,这些光线也许是几十亿年前发出的,也许是百亿年前发出的,但是这些退行速度已经超光速的星系,现在发出的光,是永远都不可能到达地球了。

所以说,在可观测宇宙当中,虽然我们现在能够看到很多,但是目前只有3%的星系,和我们依旧有因果关系,大部分的星系,我们只是能够看到它们过去时候的样子而已。


那为什么会这样?这样的宇宙会给人类带来怎样的结局呢?

先说答案,因为我们的宇宙现在在加速膨胀,这是1998年两个独立的科学团队通过超新星数据SNe测量的结果,加速的宇宙意味着星系的退行速度随着时间的推移会越来越快,意味着现在宇宙的膨胀率并没有大幅度的下跌,这跟以前的预测完全是相反的。

这里我要澄清一个误区,我们说宇宙在加速膨胀,这句话的意思只是说星系的退行速度会不断的加快,并不是说宇宙的膨胀率在不断的变大,因为膨胀率是单位距离上的速度,这样一个物理量。


也就是每隔多少距离,星系的退行速度就增加多少,一般这个距离的单位是百万秒差距,也就是326万光年,所以是说,每隔326万光年星系的退行速度会增加多少。

因此宇宙膨胀率可以是一个比较大的恒定的值,比如说:每百万秒差距每秒70千年,当然它也可以上升,当然它也可以小幅度地下降,都能保证宇宙在加速膨胀,或者说,能够保证星系的退行速度越来越快。


那现在的问题是,为什么宇宙的膨胀率不会大幅度的下跌?这件事就比较奇怪了,因为一直以来我们能够想到的宇宙成分就那么几种,普通物质、暗物质、辐射和中微子,这些东西都能够产生引力阻碍宇宙的膨胀。

所以按理来说,宇宙从诞生到现在一直都在经历减速的过程,膨胀率不是无限的下跌到了一个很小的正数,就是无限的接近于0,或者是变成了负数。

但是测量结果显示宇宙的膨胀率为每百万秒差距68千米,正负4千米的误差,这么大的膨胀率,意味着宇宙在加速膨胀。


这进一步就说明了,宇宙中还有其他某种未知的成分,它可以对抗物质的引力作用,现在我们看到的这张图片就是超新星宇宙学计划团队的测量结果,如果宇宙是由物质主导的,那么红色的超新星数据点的平均值应该会落在从下往上数第二条黑色实线上,但是结果显示超新星数据符合第三条黑色实线。

这意味着,在我们的宇宙中还有一种带有负压力的宇宙成分,目前掌控着宇宙的膨胀,这就是我们所说的暗能量。

其实关于暗能量的候选模型一开始也挺多的,下面我要说的这些内容大概的了解下就行了,不感兴趣的可以略过,不影响看后面的内容。


暗能量除了我们现在熟悉的宇宙常数以外,还有比如宇宙弦和磁畴壁,它们都是大爆炸时期产生的高能遗迹,当然都是理论上的猜测,我们并没有找到它们。就拿宇宙弦来说,它被认为是一种一维的弦,比质子还有细,但是密度极高,所包含的能量极大,据说一根16公里的宇宙弦比整个地球还要重。

这样东西,据理论猜测也能对宇宙产生负压,导致空间膨胀,那么我们要如何区分暗能量的形式能,直接测量肯定不现实,因为它们都是些啥东西我们都不知道,不过,我们可以测量一些相关的指标,比如与它的能量密度和它的压力相关的参数,用W表示。根据理论预测宇宙弦的W为-1/3,磁畴壁的w为-2/3,空间固有能量的W为-1。


根据超新星SNe的数据,W的测量结果和-1非常接近,这说明暗能量不是别的东西,正是空间自身所蕴含的能量,只有这样的能量形式,才能保证随着空间的膨胀,其能量密度不会下降,一直保持一个恒定的值,才能符合我们对宇宙膨胀历史的测量。

其实除了超新星SNe的数据指向了暗能量以外,我们还有斯隆数字巡天的重子声学振荡BAO,以及普朗克卫星测量的微波背景辐射CMB的数据都表明了宇宙中存在一种未知的能量形式。而且它们测量的W的值也是-1,并且这个值不会随着时间而发生改变,误差范围只有0.1。

这说明暗能量跟爱因斯坦的宇宙学常数是一样的,可以看出,冥冥之中,爱因斯坦还是最牛的那个人,虽然没有预言出宇宙在膨胀,但也歪打正着说出了暗能量。


如果我们将以上三者的数据结合在一起来看的话,我们还会发现宇宙中的能量密度有4.9%是普通物质,26.8%是暗物质,68.3%是暗能量。总体来说,宇宙中有95%的成分都是我们不熟悉的东西。

这是一件非常可怕的事情,我们身边充斥着大量的东西,但是我们却看不见它们,更不知道它们是啥,我们生活在一个我们看不见的世界当中,那你说人类要怎样才能认识宇宙、怎样才能找到创世真理,其实是非常困难的一件事情。

有可能根本就实现不了,因为除了以上的困难以外,还有一件非常可怕的事情在等着人类,这是一个加速膨胀的宇宙所带来的必然结果。


我们知道宇宙从诞生以后确实是经历了一段时间的减速过程,大约是70亿年,在这段时间内,物质掌控着宇宙,所以宇宙在引力的作用下就形成了星系、星系团这些大尺度结构。

比如我们的本星系群中有40几个星系,它们被引力束缚在了一起,在我们本星系群的附近则有一个更大的星系团:室女座星系团,里面有几千个大型的成员星系。

如果宇宙没有加速膨胀的话,未来我们的本星系群也会和室女座星系团通过引力连结在一起,甚至在未来还会融合成一个更大的物质结构,比如新城一个超级巨大的星系。


但是在60亿年前的时候,随着宇宙的膨胀,物质密度就降低了,暗能量的能量密度就超过了物质的能量密度,开始掌控了宇宙的膨胀,让一个减速的宇宙就变成了一个加速的宇宙。

所以从那个时候开始,宇宙中只要是还没有被引力束缚在一起的结构,未来都会互相远离,也就是说,目前除了我们本星系群中的星系以外,其他的所有的东西,都会随着时间的推移离我们来越远。

那么根据我们现在测量出来的哈勃膨胀率,就可以推断出,目前距离我们超过145亿光年的星系,它们的退行速度都超过了光速,平均每过3年,就会有一个星系跨过这个门槛。


这意味着在未来,除了本星系群中的那几个星系以外,天上能够看到的所有的东西都会和我们失去联系,等他们发出的光再也到不了地球的时候,我们抬头仰望夜空,将是一片黑暗。

不过,还有另外一件事情,我们本星系群中的所有成员,也会在未来融合在一起,形成一个更加巨大的椭圆星系,名字叫银女星系。

如果到那个时候,地球上还有人的话,他们仰望星空就只能看到漫天的繁星了,但看不见螺旋星云,等他们再往远处看,就会发现那是一片空旷、黑暗、寒冷的空间,里面没有任何物质结构。

它们就会得出这样的结论,银女星系就是整个宇宙,整个宇宙只有银女星系,上帝在宇宙的中心创造了人类。


再加上到哪个时候,宇宙微波背景辐射中的光子就会移到数米长的无线电波段,光子的密度会更加的稀疏,估计要建造一个和地球直径一般大的射电望远镜才能找到这些光子。

因此它们肯定不能像今天的人类这样,创造出如此辉煌、如此成功的大爆炸宇宙模型,更不能了解宇宙真实的起源历史。

所以说,今天的人类还是比较幸运的,宇宙诞生以后的第一批星系发出的光,并没有消失,我们还能够看到它们,宇宙诞生以后的第一批光子,目前还处在微波波段,我们很容易能够找到它们,电视机上的雪花有10%是CMB的贡献。

所以,今天是我们研究宇宙最好的时代。虽然困难重重,但我们相信,总有一天我们会知道哪个问题的答案。我们来自哪里?

好了,今天的内容就到这里。

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