常見一些人對宇宙可觀測直徑疑惑不解,認為宇宙才有138億歲,怎么可以看到930億光年的可觀測直徑呢?下面我們一起來分析一下。
如果我們觀測到了最遠138.2億光年距離的星系,就說明這個星系現在已經距離我們465億光年了。
這是因為我們接收到星系的光線是它形成時發(fā)出的最早光線,而根據宇宙膨脹速度,現在的宇宙哈勃系數為約70公里/秒/百萬秒差距,根據計算,這個速度約光速的3.3倍多,如果宇宙膨脹速度一直如此,這個星系就剛好在465億光年左右的位置。
這里特別聲明,宇宙膨脹是時空本身的膨脹,并不是物質的運行,所以不受光速藩籬限制。各個星系就像嵌在面包里的葡萄干,隨著面包(就像時空)烤大,葡萄干也相互分開。
宇宙的可觀測直徑并不是已經觀測到了的,而是根據各種科學方法測算,科學界得出的一個理論數據。實際上人類現在觀測到最遠的星系GN-z11距離我們約134億光年,最遠的恒星約90億光年距離。
根據光的傳播性質,光速是恒定不變的,在任何參照系中觀測都一樣。因此134億年前形成的星系,不管它怎么高速遠離我們,我們在134億年后都會接收到這束光。
快速膨脹遠離我們的星系,其光譜會產生紅移效應,根據紅移值,可以測算出退行的速度,這樣就會得到三個數據,即光行時間、回溯時間、共動距離。
光行時間和回溯時間應該是一致的,就是光到我們這里的時間,1光年就是1年,138億光年就是138億年,我們回溯的也是這個時間,說明我們看到的天體就是這個時間以前的樣子。
共動距離就是根據紅移量得到的現在這個星系到了多遠距離。根據紅移量測定,GN-z11星系光行時間和回溯時間是134億光年,但其共動距離已經為320億光年。而微波背景輻射的共動距離達到465億光年。
宇宙微波背景輻射是個啥玩意?通俗的說就是宇宙大爆炸那一刻留下的余暉,這個余暉被視為宇宙中傳出的第一縷光,這縷光是大爆炸發(fā)生后38萬年才迸發(fā)而出,此前由于宇宙密度太大,溫度太高,光之都無法形成和發(fā)出。
這就是宇宙最早的光芒,也應該是人類觀察到最遠的宇宙背景。人眼感受到任何事物,都是通過光線來傳播的,因此此前或者更遠的事物就無法看到了。
我們看到的任何東西都是通過光傳播到我們眼睛,因此138億光年遠的星系就是光通過138億年(光行時間)的傳輸來到我們眼前的,我們看到的就是星系138億年前的樣子(回溯時間),而不是這個星系現在的樣子。所以我們看到的任何天體都不是現在的天體,是光線發(fā)出時候的那個天體。1光年就是1年前的天體,10光年就是10年前的樣子,138億光年就是138億年前的樣子。
宇宙才有138億年的壽命,因此我們看到的所有星光距離都不可能大于138億光年。
宇宙微波背景輻射
通過對宇宙微波背景輻射的觀測越來越精密準確,對于宇宙年齡越來越精確;根據宇宙膨脹理論、哈勃定律、哈勃常數、退行速率、紅移量等等詳細測算,得出了目前可觀測宇宙范圍。
事實上科學家只是看到了138億光年宇宙微波背景余暉,并沒有看到138億年前的星系,因為那個時候很可能還沒有形成星系。
而恒星在宇宙尺度是很小的,太遠了就無法觀測。迄今為止觀測到90億光年的恒星,是通過宇宙大星系團形成的引力透鏡,放大很多倍才看到的。
如果我們要真正看到它現在的樣子,它的共動距離已經320億光年,還要過186億年才能看到,但那個時候它的共動距離又更遠了,我們看到的還是過去的樣子。
根據宇宙膨脹的可觀測半徑,宇宙最遠處已經距離我們465億光年,那已經走遠的星系光線還要過300多億年才能傳到我們這里,那個時候宇宙范圍已經到了更遠的地方。
過了幾百億年,我們現在看到的星系還存不存在就很難說了,這是另外一個話題。
還有一個道理要說清楚,可觀測直徑只是一部分宇宙,宇宙還有兩個不可觀測范圍,就是過去視界和未來視界,這兩個視界到底有多大,現在誰也不知道,而且是我們永遠也觀測不到的。這個問題本作者過去有過解釋,這里就不多羅嗦了。