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宇宙间最悲凉的事情:97%永不可及(图)  

2015-06-12 17:30:33|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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宇宙间最悲凉的事情:97%永不可及(图)
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若一颗星的星光走到你眼中需要100年时间,那么这颗星就在
100光年之外,因为光速是恒定的,但若一个星系的光线走到
你眼中用了1亿年时间,那么你看到的就不是一个1亿光年之外
的星系了——它实际上比这还要远得多!
原因是,在最大的宇宙尺度层面——物体不再被引力束缚下形
成星系、星群和星团——宇宙是在不断膨胀的。
也就是说,一个遥远星系的光子进入你的眼中所经过的距离越
长,那么不但该星系距你就更远,而且这个距离还大于所对应
的光年数。
这就是宇宙红移效应。
由于光在发射过程中会释放特定能量,因此具有某种特定的波
长,我们完全可以认为,它可以以同一波长抵达目的地。
如果宇宙结构既不膨胀也不收缩,而是恒定不变的,那么,这
一波长也不会改变,但如果宇宙正在膨胀,那么这个空间结构
就是不断延展的,这样一来,上述光线的波长就会变长。
一个遥远宇宙光源的红移度让我们得以一窥该光线从离开光源
到被我们观测到的时间内,宇宙膨胀了多少。
通过对距离各不相同的大量光源进行观测,找出它们的红移度
,随后测出其固有大小与视大小之比,或是故有亮度和视亮度
之比,我们可以以此重构宇宙的整个膨胀史。
另外,由于宇宙膨胀方式由其中所包含的各类物质与能量所决
定,我们可以测出宇宙的组成:
·68%的暗能量,相当于一个宇宙常数
·27%的暗物质
·4.9%的普通物质(质子、中子和电子)
·0.1%的中微子和反中微子
·约0.008%的光子
·绝对的空无一物,没有曲率,没有宇宙弦,没有畴壁,没有
宇宙纹理,等等。
然而,一旦我们知道宇宙的构成如此精确,我们就可以将其应
用到(根据爱因斯坦相对论的)万有引力定律上,并预知宇宙的
未来命运。当我们首次将其应用到由暗物质主宰的宇宙时,我
们的发现颇有些骇人听闻。
“大天文台宇宙起源深空巡天观测”(GOODS)中的北天区,其
中包含人们有史以来所观测到的最遥远的一些星系,其中很多
我们都已经无法企及
首先,这意味着,与我们不存在引力束缚的所有星系终将从我
们的视线中消失。
随着宇宙在没有引力或其他任何力制衡的情况下不停地膨胀、
膨胀、再膨胀,这些星系会不断加速离我们远去。久而久之,
一个星系就会离我们越来越远,也就是说,该星系与我们之间
的空间将越来越大。
但由于这一空间持续以一定的非递减的速度膨胀,星系看上去
就是因为空间的膨胀而在加速远离我们。
事实上,我们和那个星系都并不是在多么快速地移动,而是我
们之间的空间持续扩张,导致那个星系在我们视线中越来越小
但它还会不可避免地导致一个更令人不安的结果。它意味着,
在某个特定的关键距离之外,由于宇宙结构本身的膨胀,不论
是离开我们星系前往某个遥远星系的光子,还是从某个遥远星
系朝我们的方向飞来的光子,都永远不会抵达目的地了。
宇宙的膨胀速率如此之大,以致于遥远星系将变得无法企及,
哪怕我们以光速向它们行进!
目前,这一距离“仅”为150亿光年之外。考虑到可观测宇宙
的半径约为460亿光年,并假设太空中所有区域均包含相同数
量的星系,那么这就意味着,就算我们今天就出发,并以光速
行进,那么目前宇宙星系总量中也只有约3%是我们可以到达的
这意味着,平均每过一秒钟就有2万颗星星离开我们可以企及
的范围之内。它们在一秒钟前发出的光线有一天也许能抵达地
球,但这一秒的光线就再也到不了我们这儿了。这事令人不安
,也催人清醒,不过我们也可以用一种更加乐观的方式来看待
它:这是宇宙在提醒我们,每一秒是多么珍贵。
这是宇宙在告诉我们,若真想跑出“本地”——跑出由引力束
缚在一起的仙女座、银河系和大约50个小型卫星星系组成的天
体集合,那么每一秒钟的延迟都是又一个机会的流逝。
对于可观测宇宙中97%的星系,我们已经无法企及了,但那仍
然够得着的3%还是留给了我们数以亿计的选项。能不能探索这
些星系就看我们的作为了,赶早不赶晚。
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