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宇宙的尽头在465亿光年外,尽头外面还有什么?

 开米蓝 2021-11-02

根据目前主流的宇宙大爆炸理论,因为现在的宇宙空间正在不断膨胀,如果让时间倒退到某一个时刻,整个宇宙将是一个无限小的奇点,我们的宇宙就是诞生于这个奇点的大爆炸,时间是在138亿年前。

爱因斯坦的相对论表明,光速是这个宇宙中最快的速度,既然宇宙的存在时间是138亿年,那么,我们最远看到的距离就是138亿光年,这是否意味着宇宙的尽头就在138亿光年之外呢?

宇宙一开始非常小,巨大的能量聚集在一起,使得温度非常高,物质都是处于等离子体状态,那时的宇宙中没有自由光子。因为在致密并且高温的早期宇宙中,光子与带电粒子相耦合,光子无法在等离子体中穿行,所以早期宇宙是完全不透明的。

到了37.9万年之后,空间膨胀到足够大的范围,物质和能量分散开来,宇宙冷却下来,原子核与电子结合成了中性原子。光子与带电粒子退耦,宇宙中发出了最早的一批光子。

一开始,宇宙最早的光子具有很高的能量,波长很短,对应的温度估计可达2700。但由于后来空间持续膨胀,并且在宇宙诞生90亿年后还开始加速膨胀,导致这些光子的波长大幅拉长,温度大幅下降。

在如今的宇宙中,我们还能接收到来自138亿年前的光子,它们已经处于微波波段,温度也只有-270.42,只高出最低温度绝对零度不到3度,这些光子被称为宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸理论的一大关键证据。

当我们回溯宇宙时间,最终只能看到宇宙微波背景辐射,当年发出这些光子的区域被称为最后散射面。更早之前的宇宙始终被挡住,我们无法通过光学手段看到宇宙大爆炸发生不久后的景象。

由于空间的膨胀不受相对论限制,速率比光速还快,这使得我们所能观测到的宇宙距离远远大于138亿光年。根据-CDM模型,结合宇宙微波背景辐射的观测数据来计算,最后散射面已经退行到465亿光年之外,这是我们所能观测到的宇宙尽头。那么,在这之外究竟还有什么呢?

在宇宙诞生之后37.9万年,那些能够到达后来地球诞生所在位置的最远光子距离为4200万光年,这是当时的可观测宇宙大小。而当时的整个宇宙半径远超4200万光年。

经过138亿年的空间膨胀过程,可观测宇宙半径已经从当时的4200万光年,扩张到如今的465亿光年,而整个宇宙将会扩张到更大的范围。465亿光年只是当初最后散射面所在位置在如今与地球相隔的距离。

因此,在465亿光年之外,还有宇宙,而且是大得多的宇宙。只是那里的光子还没有足够的时间来到地球上,所以我们现在还看不到。随着时间的推移,不可观测宇宙中距离较近的光子将会进入可观测宇宙中,所以我们能看到的宇宙范围还会变大。

根据现有理论推测,我们在未来所能观测到的最大宇宙半径为618亿光年。之所以我们不可能观测到整个宇宙的大小,是因为空间在超光速膨胀,导致所有的星系终有一天都会超光速远离我们而去,最终能看到的只有本星系群中的星系。

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