你被教科书骗了几十年!
宇宙根本不是无限大的,至少对于人类来说,它的边界就在140亿光年外,这不是科幻假说,而是刻在光速、宇宙膨胀、大爆炸理论里的绝对物理事实。
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更颠覆认知的是:我们永远也到不了这个边界,甚至连看都看不到它现在的样子,我们此刻看到的宇宙边界,只是它 140 亿年前的残影。
而现在的边界在哪里?长什么样?
没人知道,也永远不会有人知道。
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我们先搞清楚一个最核心的概念:宇宙不等于可观测宇宙,我们平时说的 “宇宙有边界”,指的是可观测宇宙的边界。
什么是可观测宇宙?
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就是以地球为中心,我们能看到的最大范围的宇宙,超出这个范围的光,永远也到不了地球,我们永远也看不到,这就像你站在大海中央的一艘船上,你能看到的最大范围,是以你为中心、半径几公里的海面,但这几公里之外,还有更多的大海,只是因为地球是圆的,远处的海面低于地平线,你永远也看不到。
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可观测宇宙的边界,就是宇宙的 “地平线”,它不是宇宙的尽头,只是我们能看到的尽头,但对于人类来说,这就是我们的宇宙边界,因为超出这个范围的一切,和我们没有任何因果关系,永远也不会对我们产生任何影响。
而这个边界的光行距离,正好是140 亿光年,也就是说,我们能看到的最远的光,是 140 亿年前从宇宙边界发出的,走了 140 亿年,才抵达我们的眼睛。
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很多人会问:天文学家又没去过宇宙边界,怎么知道它在 140 亿光年外?
答案藏在三个最基础的物理定律里:光速不变、宇宙膨胀、宇宙大爆炸。
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1929 年,哈勃望远镜发现了一个震惊世界的现象:所有遥远的星系,都在远离我们,而且距离越远,远离的速度越快,这就是著名的 “哈勃定律”,这个发现直接推翻了 “宇宙永恒不变” 的结论,既然所有星系都在互相远离,那么往回倒推,在很久以前,所有的物质一定都聚集在一个无限小、无限密、无限热的点上。
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这个点,就是 “奇点”,138 亿年前,奇点发生爆炸,宇宙诞生了,这就是宇宙大爆炸理论,目前科学界唯一公认的宇宙起源模型。
爱因斯坦的相对论告诉我们:光速是宇宙中最快的速度,任何有质量的物体,都不可能超过光速,光在真空中的速度,永远是每秒 30 万公里,不会变快,也不会变慢,这意味着:我们能看到的任何东西,都是它的光传到了我们的眼睛里。
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一个物体距离我们 1 光年,我们看到的就是它 1 年前的样子,距离我们 100 光年,看到的就是它 100 年前的样子,如果一个物体距离我们太远,它的光还没来得及传到地球,我们就永远看不到它。
最关键的是,宇宙不是静态的,它一直在膨胀,而且是空间本身在膨胀。
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打个最形象的比方:把宇宙比作一个正在被吹大的气球,气球表面的一个个小点,就是一个个星系,当气球变大时,每个小点之间的距离都会变大,而且离得越远的点,互相远离的速度越快,不是星系在气球表面移动,而是气球本身在变大。
更可怕的是,1998 年科学家发现:宇宙的膨胀速度,不是匀速的,也不是减速的,而是加速的,距离我们越远的星系,远离我们的速度越快,当一个星系距离我们足够远时,它远离我们的速度,会超过光速。
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这并不违反相对论,因为相对论限制的是物体在空间中的运动速度,而不是空间本身的膨胀速度,空间本身可以以任意速度膨胀,没有上限。
现在把这三个事实拼起来:宇宙诞生于 138 亿年前,光速是每秒 30 万公里不变,宇宙在加速膨胀,远处的星系远离速度超过光速。
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那么在宇宙诞生的 138 亿年里,光最多能走多远?
你可能会说:138 亿光年。
不对。
因为光在走的同时,宇宙也在膨胀。
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光从一个星系出发,向地球传播,在它传播的这 138 亿年里,它出发的那个星系,已经被宇宙膨胀推得更远了,科学家通过精确计算哈勃常数、宇宙膨胀加速度、暗能量密度等参数,最终得出:
我们能看到的最远的光,是在宇宙诞生后大约 38 万年发出的,它的光行距离是138 亿光年,约等于 140 亿光年。而它现在的实际位置,已经距离我们465 亿光年了。
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我们说的 “宇宙边界在 140 亿光年外”,指的就是光行距离,因为我们只能看到 140 亿年前的边界,永远也看不到它现在的样子。
听到这里,你肯定会问:为什么可观测宇宙是以地球为中心的?难道地球是宇宙的中心吗?
答案是:是,也不是。
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说 “是”,是因为对于地球上的我们来说,可观测宇宙确实是以地球为中心的球体,因为光速是有限的,我们能看到的范围,就是以我们为中心、半径 140 亿光年的球,任何一个在地球上的观察者,看到的可观测宇宙,都是这个球。
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说 “不是”,是因为宇宙没有绝对的中心,如果你现在瞬移到 100 亿光年外的另一个星系,站在那里看宇宙,你会发现:你看到的可观测宇宙,是以你所在的那个星系为中心、半径 140 亿光年的另一个球,那个球和地球上的可观测宇宙,有一部分重叠,但也有很大一部分是我们看不到的。
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这就像你在大海上的船里,你看到的海平面是以你为中心的圆;如果你坐船开到另一个地方,你看到的海平面,就是以新位置为中心的另一个圆。大海没有中心,每个位置的海平面,都是以那个位置为中心的。
宇宙也是一样。它没有中心,也没有边缘。每一个观察者,都是自己可观测宇宙的中心。每一个可观测宇宙的边界,都是 140 亿光年外。
这是宇宙最神奇的地方之一:它有限,但无边。
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就像地球的表面,面积是有限的,但你永远也走不到地球的边缘。你一直往一个方向走,最后会回到起点。宇宙的空间,可能也是这样弯曲闭合的。它的体积是有限的,但你永远也找不到它的边界,一直走下去,只会绕一圈回到原点。
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再过几千亿年,除了我们本星系群的几十个星系,其他所有星系都会被膨胀推到可观测宇宙之外,那时的人类,抬头看天,只能看到几十个星系,再也看不到遥远的星空,他们会以为,宇宙就是由这几十个星系组成的,永远也不会知道,曾经有过一个拥有万亿星系的浩瀚宇宙。
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更绝望的是:我们现在看到的 140 亿光年外的边界,是它 140 亿年前的样子,现在的它,已经在 465 亿光年外了,而且还在以超光速远离,我们永远也追不上它,永远也看不到它现在的样子,永远也到不了它的身边。
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