目前說的宇宙一般指的是可觀測宇宙,直徑約930億光年,包含從138億年前大爆炸至今的所有光子能到達地球的范圍,這片浩瀚區域容納20000億個星系、以及至少3億個地球,但這其實只是宇宙的“冰山一角”。
因為可觀測宇宙的大小只跟一個東西有關,那就是光速,每秒30萬公里的光速,遇到正在超光速膨脹的宇宙時空,就注定只能照亮一個區域,而這個區域現在的半徑是465億光年,直徑是930億光年,地球就是這個球狀區域里的觀測中心,但卻并不是全宇宙的中心。
可觀測宇宙又被稱為視界范圍或者哈勃體積,本質上是光子傳播的極限范圍,就像地球上的船會在海平面以下消失一樣,465億光年之外的星系發出的光此刻也飛不到地球,無法被我們看見,所以對于可觀測宇宙之外,天文學家目前還是猜測性質。
首先是無限宇宙理論
2023年《自然-天文學》基于普朗克衛星的宇宙微波背景(CMB)數據,宇宙曲率<0.001,傾向于平坦無限,視界外可能是無限延伸的星系、黑洞數量、類地行星分布,都與可觀測宇宙相似,只是膨脹使這些區域因果隔離,超光速也無法到達。
第二種情況是有界無邊,即宇宙可能是一個四維超球體,就跟地球表面一樣,一直往前走最終會回到原點而不是離開地球,只有從一個新的方向上才能脫離困境,比如垂直于地球飛到太空才能看到地球全貌,或者是找到高維方向,脫離三維宇宙的束縛。
2024年《物理評論D》估算,宇宙如果是有限的,那么它的直徑至少是1200億光年,整個可觀測宇宙可能只占了全宇宙的250分之一,比如現在最長的武仙-北冕座長城,達到了100多億光年,但它的其他區域很可能在可觀測宇宙之外,所以我們只看到了它的一部分而已。
多元宇宙理論,比如弦論就認為我們的宇宙只是無數個宇宙泡泡之一,甚至宇宙規律本身也是區域化的,在可觀測宇宙里光速是每秒30萬公里,在其他區域可能還會更快或者更慢,一切都不是絕對的,也不是永恒不變的,量子力學的宇宙分裂,甚至會讓宇宙變成無限多無限大,所有的選擇都會存在一個特定的宇宙。
量子力學還支持量子真空,這個理論認為可觀測宇宙之外是希格斯場的漲落態,無星系或物質,只有能量起伏,保持最低能級的活動,這種情況等到100萬億年后,還會在可觀測宇宙內部發生,因為到時候所有的恒星都熄滅了,所有的星系和黑洞也都消失了,宇宙中除了最基本的微觀量子漲落外,將不存在任何物質活動。
其實關于宇宙之外這個問題,宇宙中所有的文明可能都沒有答案,因為光速不可被超越,任何宇宙之外的信息都無法在宇宙滅亡之前傳到全宇宙,所以各個智慧文明其實都被困在光速陷阱里,對宇宙的全貌一無所知。
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