宇宙正在消失 我们对此却无能为力

自大爆炸以来,宇宙就在快速膨胀中,这意味着各个星系间的距离越来越远了

凤凰网科技讯 据《福布斯》北京时间8月18日报道,近一个世纪前,科学家们就首次提出了宇宙在不断膨胀的理论,离地球越远的星系,“逃离”的速度就越快。这并不是因为星系在物理上逐步远离我们,而是因为宇宙中充满受到引力束缚的天体,而这些天体所处的空间结构在不断膨胀。

但这张图片——自1920年代以来一直被奉为圭臬——最近得到修改。20年前,我们首次意识到宇宙膨胀正在加速,随着时间推移,各个星系似乎会越来越快地从我们身边消失。随着时间推移,即使我们以光速飞向这些星系,也将无法到达那里。宇宙正在消失,我们却无能为力。

在我们的星系之外,宇宙中还有数以万亿计的其他星系,几乎所有星系都在远离我们而去

当我们看到一颗恒星——其光线传播100年后才到达我们眼睛——时,我们看到的这颗恒星距离我们100光年远,因为光速是恒定的。但是,当我们看到一个星系——其光线传播1亿年后才到达我们眼睛——时,我们看到的这个星系距离我们可不止1亿光年远,它与我们的距离要远得多!

之所以这样,原因就在于,在最大的尺度上——没有引力把它们束缚在一起形成星系、星群——宇宙正在膨胀。光子从遥远的星系到我们眼睛所需的时间越长,宇宙膨胀的作用就越大,这意味着,最遥远的星系与我们之间的距离,甚至比它们的光线传播的距离要更远。

星系距离我们越远,远离我们的速度就越快,红移现象就越明显

这表现为宇宙红移。由于光发射时具有特定能量,因此有特定波长,我们预期它也将以特定波长传播到其目的地。如果宇宙的结构既不膨胀也不收缩,而是恒定的,那么光线发射和到达时的波长就是相同的。但是,如果宇宙正在膨胀,空间结构就会伸展,因此光的波长也会相应变长。我们在最遥远的星系观测到的巨大红移,已经完全验证了这一理论。

但我们可以从中了解的远不止宇宙一直在膨胀并将继续膨胀。我们可以利用已经收集的所有信息,推断宇宙以往是如何膨胀的,这反过来可能向我们揭示宇宙的构成。

一旦光线离开遥远的宇宙光源,不断膨胀的宇宙就会拉伸光线波长,这会导致红移现象,当不同的宇宙成分(如暗能量、物质或辐射/中微子)更重要时,更遥远天体的光线,将在更长时间内出现红移现象。

通过测量一系列距离的光源,发现它们的红移,然后测量它们的内在与表观尺寸或它们的内在与表观亮度,我们可以再现整个宇宙的膨胀历史。

此外,由于宇宙膨胀的方式取决于其中存在的各种类型的物质和能量,因此,我们可以了解宇宙的构成:

·暗能量占到68%

·暗物质占到27%

·正常物质(质子、中子和电子)占到4.9%

·质子和中微子占到0.1%

·光子约占0.008%

·绝对没有其他元素,其中包括曲率、宇宙弦、畴壁和宇宙纹理等

过去不同时间宇宙中不同能量成分的相对重要性

一旦我们能以这样的精度了解宇宙的构成,我们可以简单地将其与引力定律(由爱因斯坦的广义相对论推导而来)结合,预测我们宇宙的未来命运。当首次将这用于发现暗能量占主导地位的宇宙时,我们的发现令人震惊。

首先,这意味着所有未被引力与我们束缚在一起的星系最终会从视野中消失。当宇宙继续膨胀、膨胀、膨胀时,它们会以不断加快的速度远离我们,不受引力或任何其他力量的限制。随着时间推移,一个星系将变得愈发遥远,这意味着该星系与我们之间的空间越来越大。由于空间不断扩大,星系似乎在以越来越快的速度远离我们而去。

但是,这会推导出一个必然的结论——也是一个更令人不安的结论。这意味着,宇宙空间的膨胀,使得超过特定距离的星系向我们这个方向发射的光线,我们永远都不会看到。宇宙的膨胀速度如此快,以至于即使我们以光速“飞行”,也无法到达遥远的星系!

目前,这个距离“仅”约为150亿光年。如果认为我们可观测的宇宙半径约为460亿光年,并且所有空间区域(平均和最大尺度)包含相同数量的星系,意味着,即使我们今天启程,以光速“飞行”,我们也只能到达约3%的星系。

这也意味着,我们无法到达的恒星数量,平均每秒就增加2万颗。它们在一秒钟之前发出的光线将在某一天到达我们的星球,但是它们在这一秒发出的光线则永远不会到达我们的星球。这是一个令人不安、发人深省的想法,但我们也可以以一种更乐观的态度来看待它:这是宇宙提醒我们每一秒都是多么珍贵。宇宙这是在告诉我们,如果想要脱离所处的星系群——由仙女座星系、银河系和大约60个小型卫星星系组成的由引力束缚在一起的天体群——我们每延迟一刻,就意味着失去了一个机会。

不断加速膨胀使得没有通过引力与我们束缚在一起的星系,将加速远离我们

在我们目前估计的宇宙中存在的两万亿个星系中,从银河系的角度来看,只有大约3%的星系可以到达。这也意味着,由于暗能量引起的宇宙加速膨胀,我们可以观测的宇宙中97%的星系已经超出了人类的能力范围。随着时间推移,我们所处星群之外的每个星系,都注定将超出人类的能力范围。

除非我们发展星际旅行能力并前往其他星系群,否则人类将永远被困在我们所处的星群中。随着时间推移,我们向宇宙发射信号或接收信号的能力将逐渐消失。宇宙加速扩张是无情的,我们所拥有的引力不足以遏制它。宇宙正在消失,我们却无能为力。(编译/霜叶)

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责任编辑:陈龙
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