【腦洞系列】已知宇宙半徑465億光年,如果我們飛出這個范圍,會看到什麼?

天空之城 2021/03/22 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

我們人類對宇宙的觀測受到兩大因素的限制,其中之一是光的速度是有限的,這造成了那些非常遙遠的光線至今仍未傳播到地球,另一種因素則是宇宙一直在加速膨脹,這導致了天體之間會互相遠離,並且距離越遠,互相遠離的速度越快,以至於那些距離我們非常遙遠的天體,其遠離我們的速度超過了光速,我們也就無法觀測到它們了。

所以我們只能在一個有限的范圍內觀測宇宙,就目前的情況來看,我們在宇宙中最遠的觀測距離大約為465億光年,也就是說,我們已知的宇宙是一個半徑465億光年的球體空間。於是我們就有了一個問題,既然已知宇宙半徑465億光年,那如果我們飛出這個范圍,會看到什麼?

根據科學家多年來對宇宙的觀測,從很大的尺度上來看,宇宙的物質和能量的分佈都是各向同性的,簡單來講就是,我們向宇宙中的各個方向望去,宇宙的巨觀結構都是一樣的,這就好像我們乘坐一隻小船漂泊在海洋深處,無論向哪個方向看,海面都是一樣的,只不過海面是二維的,宇宙是三維的。

因此可以說,假如我們飛到已知宇宙的邊緣,那麼我們就能夠看到很多原來從未見過的天體,但從總體上來講,我們所看到的巨觀宇宙並不會出現明顯的差異。

這樣的推測不免有點讓人覺得無趣,不過我們討論的是如果我們飛出已知宇宙的范圍,會看到什麼,並沒有說只能飛465億光年,那麼如果我們飛得更遠,又會看到什麼呢?

愛因斯坦告訴我們,有質量的物體可以讓原本平直的三維空間出現彎曲,而由於宇宙是各向同性的,因此宇宙會有一個整體上的曲率,這可以分為以下三種情況。

可以看到,如果宇宙的曲率為負或者為零,宇宙就是開放的。而當宇宙的曲率為正的時候,宇宙的形狀就是一個封閉的三維球面,在這種情況下,如果我們向著同一個方面一直飛,只要我們飛的速度大於宇宙膨脹的速度,那麼在飛了足夠長的時間之後,我們就可以回到出發點,這就好像我們在地球表面向著同一個方面一直走一樣,只不過地球表面是二維球面,而宇宙則是多了一個維度的三維球面。

由此可見,如果我們單純地從三維空間的角度來考慮,那麼不管宇宙是什麼形狀,在我們的眼裡,宇宙都是沒有邊的,在這種情況下,無論我們在宇宙中飛多遠,都飛不到宇宙的邊緣,而因為宇宙的各向同性,所以儘管我們可以在不同的位置上會看到不同的天體,但在我們的眼中,巨觀的宇宙結構始終都是一個樣子。

如上圖所示,A點、B點和C點都位於二維球面之上,而D點則是位於二維球面之外,很明顯,只有D點才可以看到這個二維球面的全貌,而之所以會這樣,是因為D點多了一個維度。

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