探索宇宙之谜:历史仅138亿年,观测直径为何达930亿光年?《小鞋子》用最朴实的手法演绎出了极度纯洁和童真

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许多人对宇宙的可观测直径感到困惑,不明白一个仅存在138亿年的宇宙为何能观测到930亿光年的范围。接下来,让我们一起揭开这个谜团。

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实际上,这里存在一个常见的误解。我们所说的“可观测宇宙”并不是指已经直接看到的所有部分,而是基于理论推测出我们能够观测到的最大范围。这一范围可能还需要数百亿年才能被我们真正看到。

以目前最远可以观测到的星系为例,距离地球约138.2亿光年的那个星系,在发出光线时其实只有465亿光年远。

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这是因为随着时间推移,由于宇宙膨胀,这些星系与我们之间的实际距离变得越来越大。根据现有数据,宇宙每百万秒差距(大约326万光年)每年增加70公里的速度。如果这种速度保持不变的话,那么465亿光年外的那个星系正好处于当前理论上的极限视野边界上。

需要注意的是,这里的宇宙膨胀指的是时空本身在扩张,并非物质本身在移动,因此不受光速限制。想象一下,各个星系就像面包里的葡萄干一样分布其中,而整个面包则代表了正在不断膨胀中的宇宙空间——随着面团变大,里面的葡萄干也会随之远离彼此。

因此,虽然半径为465亿光年的可观测区域意味着直径达到了惊人的930亿光年,但这并不意味着科学家已经直接看到了如此遥远的地方;这只是基于物理学原理计算出来的结果。

事实上,迄今为止人类所观测到的最远星系GN-z11位于大约134亿光年之外,至于单个恒星则是接近90亿光年左右。

鉴于在任何参考系中光速都是恒定不变的(约为每秒299,792公里),从诞生那一刻起直至今日为止,无论某个星系以怎样的速度远离我们,只要它发出了光线,最终都将在134亿年后被地球上的观察者接收到。

对于那些正快速退行的天体而言,其光谱会出现红移现象。通过分析这种位移量,我们可以得知它们相对于地球的相对运动速度以及回溯时间和共动距离等重要参数。

科学家们通过对CMB光子的研究确定了整个宇宙的可见半径,即大约465亿光年。值得注意的是,这里提到的所有数值都只是理论上的预测而非实际观测值。

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此外还有一种叫做“共动距离”的概念,它指的是根据红移程度估算出来的物体现在的真实位置与观测者之间的直线距离。例如对于GN-z11来说,虽然其发出的光束经过了134亿年才到达我们这里,但是按照当前膨胀速率计算得出的共动距离却已达到惊人的320亿光年!

宇宙微波背景辐射是在大爆炸后不久形成的最初光芒之一,直到大约38万年后才逐渐冷却下来并释放出了第一批光子。在此之前,由于温度极高导致无法形成稳定的原子结构,自然也就没有光线的存在。

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正是这股古老而又微弱的信号成为了人类探索宇宙起源的重要线索之一。不过受到光速传播速度的限制,任何来自遥远过去的信息都需要花费相当长的时间才能抵达目的地。换句话说,当我们望向夜空时所看到的一切景象实际上都是过去某一时刻留下的影像。

光在真空中的传输速率固定为每秒约30万公里。因此当你看到某个星体时,实际上是该对象在过去某个时间节点上的形态表现而非现状。假设宇宙年龄确实只有138亿岁的话,那么理论上讲我们能看到的最远距离也应当不会超过这个数字。

你现在明白了吗?可观测宇宙之所以拥有465亿年的共动半径,完全依赖于严谨的科学推理过程。

通过对CMB更加精确的研究以及应用相关物理定律如哈勃律、红移效应等因素进行综合考量后,科学家们才逐步构建起了关于现今可见世界边界的认识框架。

实际上,人们至今尚未亲眼目睹过比138亿年前更久远时期的星际景观,因为那时候很多星系甚至还未成形。

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至于恒星,在浩瀚无垠的空间面前显得尤为渺小,一旦超出一定限度便难以被察觉。截至目前为止,已知最遥远的单个恒星大约处于90亿光年开外,这还得归功于由巨大星系团造成的引力透镜效应放大作用。

真正意义上记录在案的最远星系距地球大约有134亿光年之遥,这意味着我们所见到的是它在相同时间点之前的样子。若想见证其当下状态,则需要再等待约186亿年之久方能实现。届时该天体的共动距离将会增长至320亿光年左右。然而即便如此,展现在眼前的画面依然是过时的历史画面而非实时场景。

按照现行模型推算出来的最大可视半径显示,那些早已消逝于视线之外的星系实际上已远离地球多达465亿光年。而这些来自远方世界的最后一缕光辉还需历经三百余亿年的长途跋涉才能抵达此地,在此期间整个宇宙将继续向外拓展自己的版图。

再过几百亿年后,今天我们眼中所见的星辰是否依旧健在,这是一个未知之谜。

最后提醒大家一点,所谓的可观测直径仅代表了已知宇宙中极小的一部分而已。除此之外还有两个完全不可见的区域:过去视界和未来视界。这两个领域的具体规模如何尚不清楚且永远无法直接验证。

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