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深度科普:宇宙直徑達930億光年,宇宙的外面到底是什么?

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宇宙直徑 930 億光年,其實指的是可觀測宇宙的范圍 。可觀測宇宙是一個以觀測者為中心,半徑約為 465 億光年的球形區域。



從概念上來說,它是人類目前憑借各種觀測手段,理論上能夠探測到的宇宙部分。

宇宙年齡約為 138 億年,那為何可觀測宇宙范圍卻如此之大呢?這主要源于宇宙的膨脹。在宇宙大爆炸之后,空間就開始迅速膨脹,且這種膨脹效應一直持續至今。依據哈勃定律,距離我們越遠的天體,其退行速度越快。

計算表明,在距離我們約 140 億光年遠的位置,其空間退離速度已經達到光速。我們觀察宇宙主要依靠電磁波,其傳播速度為光速。當遙遠天體發出的電磁波信號向地球傳播時,天體本身也在遠離地球。當我們接收到最遙遠天體的信號時,該天體實際已距離我們 465 億光年。

以目前距離我們最遙遠的 GLASS-z13 星系為例,它距離我們大約有 135 億光年之遙,但由于宇宙一直在膨脹,它如今的實際距離其實早已遠離到遙遠的 337 億光年之外,而我們現在所看到的只是它 135 億年前的位置。



隨著時間的推移,可觀測宇宙的大小也在逐漸變化。由于宇宙的膨脹,更遠處的電磁信號會逐漸到達地球,可觀測宇宙的范圍也會不斷擴大。但也存在一個 “未來可見極限”,計算表明其邊界距離我們約 620 億光年 ,超過這個極限范圍的天體發出的電磁波永遠無法被我們接收到。

從科學角度而言,目前談論宇宙之外并沒有太多實際意義 。

一方面,信息與能量的傳遞速度最快為光速,可觀測宇宙之外的空間,雖然仍屬于宇宙范疇,但受宇宙法則限制,我們當下無法觀測到。即便可觀測宇宙之外有更為廣袤的范圍,上千億甚至上萬億光年,它們也不會對我們的宇宙產生直接影響 。在 “未來可見極限” 范圍之外發生的任何事件,都與我們的宇宙不存在現實上的因果關系。

盡管如此,科學家和思想家們仍提出了一些關于宇宙之外的猜測。



其中一種是平行宇宙理論,該理論認為,我們的宇宙只是無數平行宇宙中的一個 。這些平行宇宙與我們的宇宙并存,可能擁有不同的物理定律、自然常數和宇宙演化歷程 。就如同泡沫海洋中的一個個泡沫,每個泡沫都是一個獨立的宇宙,它們在多維空間中延伸,有的與我們的宇宙相似,而有的則截然不同。

另一種觀點基于多維宇宙的設想,超弦理論提出宇宙可能包含多個維度,我們所處的三維空間只是其中一部分 。



在更高維度的空間里,物理規律和時間流逝方式或許與我們熟悉的世界大相徑庭。想象一下,二維平面上的生物很難理解三維空間的高度概念,同樣,我們這些生活在三維空間的人類,也極難想象和理解更高維度的宇宙形態。

還有人猜測宇宙之外或許是一片虛無,沒有物質、能量、時間和空間,是一種純粹的 “無” 的狀態 ;也有人提出宇宙是一個巨大的生命體,各個星系和天體如同其細胞或器官,共同維持著這個宇宙生命體的運轉 。



甚至有觀點認為我們的宇宙是被高級文明制造出來的,宇宙中的一切規律和因果關系就像計算機程序中的代碼,早已被設定好 。

多元宇宙與平行宇宙的概念極富想象力,在眾多科幻作品中頻繁出現,如電影《奇異博士》就呈現了不同的平行宇宙景象,每個宇宙都有著獨特的物理規律和生命形式 。

從科學理論基礎來看,量子力學的發展為其提供了一定的支撐。

量子力學中的不確定性原理,讓人們對微觀世界的認知發生了巨大轉變 。例如著名的薛定諤的貓思想實驗,貓在盒子里處于既死又活的疊加態,直到被觀測時,才會坍縮為一種確定的狀態 。



按照平行宇宙理論的解釋,當進行觀測時,宇宙就會分裂成多個平行宇宙,在一個宇宙中貓是活的,而在另一個宇宙中貓是死的 。這一理論認為,我們的宇宙只是眾多平行宇宙中的一個,這些平行宇宙與我們的宇宙并存,它們可能擁有不同的物理常數、自然規律和宇宙演化歷史 。

有的平行宇宙可能和我們的宇宙極為相似,僅僅在一些微小的事件上存在差異;而有的平行宇宙則可能與我們的宇宙截然不同,那里的物理定律可能允許超光速旅行,或者生命以完全不同的形式存在 。

基于弦理論,科學家提出了高維空間的猜想 。

弦理論認為,宇宙可能是由 10 維空間加 1 維時間組成 ,我們目前只能感知到三維空間和一維時間,那是因為其余的維度蜷縮在極小的尺度下,難以被察覺 。就像一根水管,從遠處看,它像是一維的線,但當我們湊近觀察時,會發現它其實是三維的圓柱體,那些額外蜷縮的維度就如同水管上微小的卷曲部分 。



在這些高維空間中,物理規律可能與我們熟悉的世界大相徑庭 。時間的流逝方式或許不再是單向的,而是可以像空間維度一樣進行多維的變化 。物體的運動和相互作用也可能遵循著更為復雜和奇特的規則 。我們可以想象,在二維平面上的生物,它們只能感知到前后和左右兩個方向,對于三維空間中的高度概念完全無法理解 。

同樣,我們生活在三維空間的人類,要去想象和理解更高維度的宇宙形態,也面臨著巨大的困難 。但這并不妨礙科學家們通過數學模型和理論推導來探索高維空間的奧秘 。

而泡泡宇宙理論認為,宇宙可能像泡泡一樣存在于一個更大的多重宇宙中 。

在宇宙大爆炸初期,宇宙經歷了一段快速的暴脹階段,在這個過程中,可能產生了許多不同的 “泡泡宇宙” 。每個泡泡宇宙都有自己獨立的物理規則和演化歷史 ,它們之間可能相互隔離,也可能存在著某種微妙的聯系 。



這些泡泡宇宙就如同漂浮在宇宙海洋中的氣泡,有的泡泡宇宙可能正在經歷著劇烈的恒星形成過程,充滿了活力;而有的泡泡宇宙可能已經進入了衰老期,物質逐漸坍縮 。多重宇宙則是包含了所有這些泡泡宇宙以及其他可能存在的宇宙形式的集合 。

不同的宇宙之間可能存在著各種相互作用,比如引力的相互影響 。雖然我們目前無法直接觀測到其他泡泡宇宙,但科學家們通過對宇宙微波背景輻射的研究,試圖尋找不同泡泡宇宙之間相互碰撞留下的痕跡 。如果能夠找到這些痕跡,就有可能為泡泡宇宙和多重宇宙的存在提供有力的證據 。

多層宇宙論提出了一種宇宙層層嵌套的觀點 ,認為我們的宇宙是一個更大宇宙的一部分,而這個更大的宇宙又嵌套在一個更更大的宇宙之中,如此層層遞進,形成了一個無限嵌套的結構 。就像俄羅斯套娃一樣,一個套著一個,每個宇宙都有其獨特的物理特性和演化規律 。



在這種嵌套結構中,不同層次的宇宙之間可能存在著能量和物質的交換 。低層次宇宙中的物理現象可能受到高層次宇宙的影響和制約 。例如,我們所處的宇宙中的一些基本物理常數,可能是由更高層次宇宙的結構和性質所決定的 。

這種觀點展現了宇宙結構的復雜性和無限性 ,讓我們意識到宇宙的奧秘可能遠超我們的想象 。雖然目前這只是一種純粹的理論猜想,但它為科學家們提供了一個全新的思考方向,激發著人們不斷去探索宇宙的未知領域 。

總結

盡管目前我們對宇宙之外的認知還停留在猜想和理論階段,但人類對宇宙的探索腳步從未停止,也永遠不會停止 。從古至今,從仰望星空到發射探測器,從簡單的天文觀測到復雜的理論研究,每一次突破都讓我們離宇宙的真相更近一步 。

如今,像 “中國天眼” FAST 這樣的大型射電望遠鏡,正在不斷掃描著宇宙深處,捕捉那些來自遙遠天體的微弱信號 ;詹姆斯?韋伯太空望遠鏡則以其強大的觀測能力,為我們揭示了更多星系和天體的奧秘 。未來,隨著科技的不斷進步,我們有望開發出更先進的觀測設備和探索技術 。或許在不久的將來,我們真的能夠突破可觀測宇宙的限制,親眼目睹宇宙之外的景象 ,驗證那些曾經看似荒誕的猜想 。

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