我们肉眼能看到的星空,只是宇宙的“冰山一角”。科学家把它叫做“可观测宇宙”,它的直径大约是930亿光年,听起来已经大到吓人。但别高兴得太早:这只是我们目前能看到的那部分,整个宇宙的真面目,还远远超出你的想象。接下来,我们就来聊聊这个话题。
如果说宇宙是一片无垠的旷野,那么“可观测宇宙”就像是我们面前打开的一扇窗口。我们之所以能了解宇宙,是因为有“窗口”让我们看出去,但这扇窗其实受限于时间、速度和空间。我们今天所能观测到的宇宙,其实是来自138亿年前大爆炸之后发出的光,经过漫长的旅程,恰好在今天到达地球。这意味着,我们看到的最远天体,是它们在138亿年前的样子。由这些“老光”构成的视野范围,就是所谓的“可观测宇宙”。不过这里就出现了一个看似矛盾的问题:如果光只走了138亿年,为什么我们能看到的宇宙,竟然横跨直径约930亿光年?这听起来是不是有点不可思议?答案藏在宇宙本身的特性里:宇宙并不是静止的,它一直在膨胀,而且是在加速膨胀。当那些光子从遥远星系出发时,它们并不是在穿越一个静止的空间,而是在一个不断拉伸的“弹性宇宙”中前行。就好像你朝一个方向奔跑,而前方的终点也在不断向远处移动。在光向我们飞来的这段时间里,遥远的星系也在不断远离我们,因此这些光穿越的“距离”被大大拉长。虽然它们在时间上只传播了138亿年,但由于宇宙膨胀的影响,它们起点与我们之间的空间距离,已经被拉伸成半径约465亿光年的球体。因此我们现在能观测到的宇宙,是一个直径约930亿光年的巨大“可观测球”。
需要注意的是,这个“以地球为中心”的球体,并不是说地球真的是宇宙的中心。这只是从“我们”的视角出发,宇宙并没有“真正的中心”。你可能会接着问:既然宇宙还在不断膨胀,那它“外面”又是什么?我们为什么看不到更远的地方?这就要谈到一个宇宙中最根本、也最令人沮丧的限制:光速是信息传播的极限。在我们的宇宙中,没有任何东西,无论是飞船、信号,还是时间本身,能比光更快。因此,我们能够“看见”多远的地方,完全取决于光传播到我们的时间。换句话说,如果某个遥远的星系发出的光还在途中,尚未抵达地球,我们就根本无法知道它的存在。这就意味着:无论宇宙有多大,只要超出了光能到达的范围,我们就看不见。目前,这个范围的“边界”就是半径约465亿光年的球体,也就是我们前面提到的“可观测宇宙”。然而,事情还要复杂得多。宇宙的膨胀并不是匀速的,而是加速膨胀,这导致远离我们的空间也在加速“拉长”。
在某些极远的区域,空间膨胀的速度已经超过了光速。这并不违反物理规律,因为并不是“物体”在运动,而是空间本身在扩张。这带来一个令人遗憾的事实:在这些区域,哪怕有再多星系、行星,甚至生命,它们发出的光也永远无法抵达我们。你可以把自己想象成站在一个巨大的夜间球场中央。你手上拿着一盏手电筒,光线正在向四周扩散。但无论球场有多大,光只能照到一定距离。在那之外的黑暗中,无论隐藏着多少看台、观众或景物,你都无法看见,因为光还没来得及照亮那里。这就是我们面临的“宇宙极限”。930亿光年的直径,成了我们认知宇宙的“光之牢笼”。在牢笼之外,即使宇宙本身比可观测宇宙还要大得多,甚至是无穷无尽的,但“光之牢笼”之外的世界,注定与我们无缘。说到这里,你或许又会好奇——既然我们被“光速的牢笼”困在了可观测宇宙之中,那么,在这道看不见、摸不着却无法越过的“边界”之外,究竟隐藏着什么呢?虽然科学家们无法用望远镜直接观测到“窗外”的宇宙,但基于现有的理论和推测,主流观点大致有三种:
1:更多的宇宙结构,很多学者认为,在可观测宇宙之外,依然是无数的星系、恒星、行星,甚至可能有和地球类似的生命。我们现在看到的大约2万亿个星系,其实只是“冰山一角”,外面还有更多我们永远无法触及的空间和物质。2:多重宇宙的奇幻设想。另一种更为大胆的理论,来自于现代宇宙学中的“多重宇宙”假说。根据宇宙暴涨理论,大爆炸后宇宙经历了极短暂的“指数级膨胀”。这个过程可能在宇宙的其他区域也发生,产生了“宇宙泡泡”。我们所在的“泡泡宇宙”只是其中一个,外面可能还有无数我们无法感知的“平行宇宙”,每一个宇宙都有自己的物理法则和历史。3:宇宙可能不是无限。边界之外可能是折叠的维度。还有一些极端理论认为,宇宙可能并不是无限的。在某个尺度上,空间也许是“封闭”或“折叠”的,甚至可能跟“高维空间”相连。就像地球表面看似无边,其实是个球体,宇宙可能也有一种我们无法感知的“边界”或“回路”。当然,这些理论目前更多停留在数学和哲学层面,还没有直接的观测证据。
尽管这些理论各有分歧,它们却都指向了一个相同的真相:我们一直在问“宇宙的外面是什么?”但可观测宇宙的存在提醒我们:人类认知的边界,并不是宇宙的边界,而是我们能力的边界。那么,可观测宇宙之外会是什么呢?欢迎在评论区分享你的想法,感谢大家观看,我是探索宇宙,我们下期再见。感谢大家观看,我是探索宇宙,我们下期再见。