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可觀測宇宙中有97%的星系已經失聯?研究者:人類正在被宇宙孤立
2022/02/10
2022/02/10

宇宙到底有多大?這是一個沒有人能夠準確回答的問題,原因就是我們在宇宙中的觀測范圍是有限的,這個有限的觀測范圍通常被稱為「可觀測宇宙」,這是一個以我們為中心、以我們在宇宙中的最遠觀測距離為半徑的球體區域,而在此范圍之外存在著什麼,我們根本就一無所知。

儘管可觀測宇宙是有限的,但它的規模仍然大得令人吃驚,根據天文學家的估算,可觀測宇宙的半徑約為460億光年,其中存在著上萬億個星系,而我們處在的銀河系只是其中之一。

然而有研究者卻指出:對于我們人類來講,可觀測宇宙中有97%的星系已經失聯,而這也就意味著,人類正在被宇宙孤立,我們來看看這是怎麼回事。

宇宙誕生于大約138億年前,由于光在宇宙空間是以有限的速度在傳播,因此從理論上來講,我們目前在宇宙中能看到的最遠距離就只有大約138億光年,那為什麼說可觀測宇宙的半徑有460億光年呢?其實這裡的138億光年是指「光行距離」,具體來講就是「光在宇宙空間中傳播了138億年的距離」。

當我們觀測到宇宙中的某個星系發出的光之後,我們才算是「看」到了這個星系,由于光在宇宙中的傳播是需要時間的,因此我們看到的其實是這個星系的過去。

也就是說,假如我們在「光行距離」為138億光年(即我們在宇宙中能看到的最遠距離)的位置上觀測到了一個星系,我們其實是觀測到了這個星系在138億年前的狀態,那麼問題來了,這個星系現在還在138億年前的那個位置上嗎?答案是否定的。

這是因為我們所處的宇宙一直在膨脹,從而導致星系之間的距離在不斷地被「拉長」,所以在我們看來,那些遙遠的星系都在遠離我們而去,我們可以將星系因為宇宙膨脹而遠離我們的這種狀態稱為「退行」。

也就是說,在過去的138億年裡,這個星系一直在「退行」,所以現在它的位置就會遠遠地超過138億光年了,具體是多少呢?其實這是可以計算的。

觀測資料顯示,宇宙的膨脹在整體上是均勻的,對于宇宙中的兩個點而言,它們的距離越遠,其因為宇宙膨脹而互相遠離的速度就越快,具體情況可用「哈勃常數」來描述,即:距離每增加1百萬秒差距(大約326萬光年),這種速度就會增加67.80(±0.77)公里/秒。

據此可以計算出,在經過138億年的「退行」之後,這個星系現在與我們的距離大約為460億光年,而可觀測宇宙的半徑就是因此而來,我們可以簡單地理解為,「460億光年」這個值是將宇宙膨脹的因素也考慮進去了的。

看到這裡可能有人要問了:照這麼說,這個星系的「退行」速度豈不是超光速了?是的,它就是超光速了,不過由于這種超光速是宇宙膨脹造成的,因此這並不違反相對論。

因為宇宙膨脹是空間的膨脹,所以當這個星系的「退行」速度在過去的某一個時間點超過光速之後,它向我們發出的任何資訊(包括光)也會因為宇宙膨脹而以超光速「退行」,反過來講,以這個星系為靜止參考系的話,那麼就是我們向它發出的任何資訊在以超光速「退行」。

根據相對論,宇宙中任何資訊的傳遞速度都不能超過光速,因此可以說,在此之後,我們與這個星系就沒有了因果關係,也就是失聯了。

當然了,這個假設的星系是不存在的,畢竟在宇宙誕生幾億年之後才可能有星系形成,但這並不重要,因為根據前文提到的「哈勃常數」可以計算出,假如一個星系現在與我們的距離超過了144億光年,那麼它現在的「退行」速度就超過了光速。

也就是說,在現在的時候,只有在以我們為中心,半徑為144億光年這個球體區域內的星系,才與我們有因果關係,而一旦超出這個范圍,星系實際上就已經失聯了,我們可以將這個范圍稱為「視界」。

綜上所述可以推測出,我們在可觀測宇宙中看到的星系,其實都是它們在過去的狀態,我們能夠看到它們,其實是它們過去發出的光直到現在才抵達地球,而由于宇宙的膨脹,這些星系中有很大一部分現在都位于「視界」之外,並因此與我們失聯了。

簡單計算後可以得出,「視界」的體積只占可觀測宇宙的大約3%,由于從整體上來看,宇宙中的星系都是均勻分佈的,因此可以說,人類正在被宇宙孤立,在現在的時候,可觀測宇宙中有97%的星系實際上已經失聯,而隨著宇宙膨脹的持續,未來還會有更多的星系失聯。

需要指出的是,以上所述只是研究者根據目前的觀測資料給出的一個合理的推測,因此大家簡單了解一下就可以了,不必太過當真。

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