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可观测宇宙中有97%的星系已经失联?研究者:人类正在被宇宙孤立

这个是认证

魅力科学君

2022-01-26 23:40

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宇宙到底有多大?这是一个没有人能够准确回答的问题,原因就是我们在宇宙中的观测范围是有限的,这个有限的观测范围通常被称为“可观测宇宙”,这是一个以我们为中心、以我们在宇宙中的最远观测距离为半径的球体区域,而在此范围之外存在着什么,我们根本就一无所知。

尽管可观测宇宙是有限的,但它的规模仍然大得令人吃惊,根据天文学家的估算,可观测宇宙的半径约为460亿光年,其中存在着上万亿个星系,而我们处在的银河系只是其中之一。

然而有研究者却指出:对于我们人类来讲,可观测宇宙中有97%的星系已经失联,而这也就意味着,人类正在被宇宙孤立,我们来看看这是怎么回事。

宇宙诞生于大约138亿年前,由于光在宇宙空间是以有限的速度在传播,因此从理论上来讲,我们目前在宇宙中能看到的最远距离就只有大约138亿光年,那为什么说可观测宇宙的半径有460亿光年呢?其实这里的138亿光年是指“光行距离”,具体来讲就是“光在宇宙空间中传播了138亿年的距离”。

当我们观测到宇宙中的某个星系发出的光之后,我们才算是“看”到了这个星系,由于光在宇宙中的传播是需要时间的,因此我们看到的其实是这个星系的过去。

也就是说,假如我们在“光行距离”为138亿光年(即我们在宇宙中能看到的最远距离)的位置上观测到了一个星系,我们其实是观测到了这个星系在138亿年前的状态,那么问题来了,这个星系现在还在138亿年前的那个位置上吗?答案是否定的。

这是因为我们所处的宇宙一直在膨胀,从而导致星系之间的距离在不断地被“拉长”,所以在我们看来,那些遥远的星系都在远离我们而去,我们可以将星系因为宇宙膨胀而远离我们的这种状态称为“退行”。

也就是说,在过去的138亿年里,这个星系一直在“退行”,所以现在它的位置就会远远地超过138亿光年了,具体是多少呢?其实这是可以计算的。

观测数据显示,宇宙的膨胀在整体上是均匀的,对于宇宙中的两个点而言,它们的距离越远,其因为宇宙膨胀而互相远离的速度就越快,具体情况可用“哈勃常数”来描述,即:距离每增加1百万秒差距(大约326万光年),这种速度就会增加67.80(±0.77)公里/秒。

据此可以计算出,在经过138亿年的“退行”之后,这个星系现在与我们的距离大约为460亿光年,而可观测宇宙的半径就是因此而来,我们可以简单地理解为,“460亿光年”这个值是将宇宙膨胀的因素也考虑进去了的。

看到这里可能有人要问了:照这么说,这个星系的“退行”速度岂不是超光速了?是的,它就是超光速了,不过由于这种超光速是宇宙膨胀造成的,因此这并不违反相对论。

因为宇宙膨胀是空间的膨胀,所以当这个星系的“退行”速度在过去的某一个时间点超过光速之后,它向我们发出的任何信息(包括光)也会因为宇宙膨胀而以超光速“退行”,反过来讲,以这个星系为静止参考系的话,那么就是我们向它发出的任何信息在以超光速“退行”。

根据相对论,宇宙中任何信息的传递速度都不能超过光速,因此可以说,在此之后,我们与这个星系就没有了因果关系,也就是失联了。

当然了,这个假设的星系是不存在的,毕竟在宇宙诞生几亿年之后才可能有星系形成,但这并不重要,因为根据前文提到的“哈勃常数”可以计算出,假如一个星系现在与我们的距离超过了144亿光年,那么它现在的“退行”速度就超过了光速。

也就是说,在现在的时候,只有在以我们为中心,半径为144亿光年这个球体区域内的星系,才与我们有因果关系,而一旦超出这个范围,星系实际上就已经失联了,我们可以将这个范围称为“视界”。

综上所述可以推测出,我们在可观测宇宙中看到的星系,其实都是它们在过去的状态,我们能够看到它们,其实是它们过去发出的光直到现在才抵达地球,而由于宇宙的膨胀,这些星系中有很大一部分现在都位于“视界”之外,并因此与我们失联了。

简单计算后可以得出,“视界”的体积只占可观测宇宙的大约3%,由于从整体上来看,宇宙中的星系都是均匀分布的,因此可以说,人类正在被宇宙孤立,在现在的时候,可观测宇宙中有97%的星系实际上已经失联,而随着宇宙膨胀的持续,未来还会有更多的星系失联。

需要指出的是,以上所述只是研究者根据目前的观测数据给出的一个合理的推测,因此大家简单了解一下就可以了,不必太过当真。


好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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# 宇宙
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