可观测宇宙
“可观测宇宙”这个词汇,一般来说其实大家都会自然而然默认它的中心就是地球。因为这里其实有个定语,只是没有体现出来,那就是“地球的可观测宇宙”。我们平时提到的可观测宇宙,说白了就是以地球为观测中心,465亿光年为半径的一个天球区域内。
不过,还是要说明一点,只要是以“引力波和电磁波”为观测手段的任何文明,他们的可观测宇宙半径其实都是465亿光年。甚至,如果地球上没有人类,假设人类所在星体是水星,那可观测宇宙就是以水星为中心的,465亿光年为半径的区域。
所以,这个“可观测宇宙”的核心是在什么地方观测,就是以什么为中心,465亿光年为半径的区域。
那可你能要问了,这465亿光年到底是咋来的?
这里就要说到宇宙大爆炸了,宇宙打爆之后,宇宙一直都在膨胀。
但是宇宙的膨胀是很有特点的,它是空间的膨胀,而且是各个位置都在膨胀。你大致可以现象一下,以你为中心,周围的空间就好像是机场的直梯,只不过方向是远离你的方向。而在直梯上的人就好比其他星系,所以,我们看起来,这些星系就好像在远离我们一样。
所以,各个部分的膨胀效果是一样的,所有的天体都在远离你,只不过这是一个大尺度上的表现,大概在10^8光年的尺度上才能有明显的感觉。而小于10^8尺度,主要还是引力作为主导,所以我们才没有感受到空间在膨胀,自己也没有变胖。
基于目前的科学技术而言,对于任意天体来说,居住在这个星球上面的文明能够看到东西,主要有两个原因,一个是光传播到了这个天体,就好像我们平时能看到东西,主要是这个东西自己放光或者反射光。
还有一种就是引力波,它们也像光一样,会传播,速度也是光速。不同的是,引力波不会受到粒子的影响,而光如果在稠密的等离子体内部是很难传播出来的。而宇宙大爆炸的前38万年内,宇宙就是这样的环境。
所以,宇宙大爆炸的前38万年的事情,我们只能通过引力波或者同样不会受到影响的中微子来观测。
但是,我们究竟能看到多远传来的引力波和光(电磁波)呢?可能你会说,那还不简单,就宇宙的寿命乘以光速就可以了,也就是引力波是138亿光年,光少38万年。但这样做,其实是忽略了宇宙空间膨胀效应,实际上由于膨胀效应的存在,使得我们要能看得更远一些,那膨胀效应的影响是多少呢?
不过这并难不倒天文学家,他们手里是有理论模型的,根据理论模型的进行计算,然后我们能够得到的结果是,引力波可以看到半径为465亿光年的可观测宇宙,光可以看到半径为461亿光年的尺度。
所以,最终可观测宇宙的半径是465亿年。但是,我们要搞清楚的是,这个结果是个理论上的理想值,实际上,我们现在还没有能力看到这么远。
可观测宇宙会改变么?
所以,目前来看,可观测宇宙的半径是固定的,至于中心是谁弯曲取决于谁来观测,在地球上观测,就是以地球为中心。但可观测宇宙真的不会变了么?
实际上,并不是,可观测宇宙是会发生变化,第一个影响因素就是科学理论。你应该也发现了,可观测宇宙的大小的判断是基于目前的科学理论,尤其是电磁学和相对论。但是,并不是说,未来我们没预办法突破瓶颈,当人类掌握更先进的科学理论,就有可能把可观测宇宙的尺度变大。
第二个影响因素是宇宙的膨胀效应以及宇宙的年龄。目前,我们计算可观测宇宙是通过宇宙年龄和膨胀效应来计算的。但是随着时间的变化,宇宙年龄也会变,而且膨胀效应也不是静态的,而是动态的,现在是加速膨胀,未来减速膨胀也不是没有可能。因此,这两个参数,任何一个发生改变,可观测宇宙的大小也会发生变。