爱因斯坦说光速不可超越,138亿光年外的地方,现在怎么样了?

都说宇宙广袤达到了138亿光年,光从如此遥远的地方到达这里,早就过去了138亿年,那么现在那宇宙的边缘,怎么样了呢?

宇宙到底是什么时候诞生的?

科学家也一直想弄明白宇宙到底有多大,这事情从牛顿时代就开始折腾了,牛爵爷根据封闭空间内引力会逐渐收缩到一点,而现在的宇宙好好的,从而推测出宇宙无限大!之后还有奥伯斯老爷子也根究夜空没有像白天一样亮推测出宇宙有一个有限的开始!

大爆炸模型

两位大佬都说的非常有道理,但有一个致命的缺点就是他们都没证据!讨论这个问题必须要到爱因斯坦的广义相对论发表后才有可能,弗里德曼和勒梅特根据公式推导得出了宇宙可能在动态中,而勒梅特则更进一步提出了原生原子说(宇宙大爆炸的前身)。

注定科学界要在二十世纪三十年折腾出一个大事件,哈勃经过十年的观测证明了遥远的宇宙正在快速离去,支持了勒梅特提出原生原子的膨胀说,那么反推过来,很久很久以前的宇宙就在一个很小的空间内,这就是最早的大爆炸说来历!

哈勃红移

当然宇宙既然发生了大爆炸,那么必定有留下证据了,它们都在哪呢?科学家们行动起来,提出了大爆炸的太初物质合成说,还根据大爆炸理论提出了余晖的说法,而这两个最关键的事情则被从三十年代起快速发展的射电天文学给解决了!

首先是观测到了银河系中星云物质的比例,和大爆炸的太初核合成比例非常接近,另一个则是真正观测到了宇宙微波背景辐射,至此大爆炸理论的道路已经走通!不过却有一个问题,大爆炸的高温会产生出磁单极子,宇宙微波背景辐射温度非常均匀,星系观测各向同性,而且宇宙几乎就是平坦!

暴胀理论

这些问题统称为视界问题、平坦性问题和磁单极子问题!所有问题大爆炸都无法解释,因此阿兰·古斯在1980年代提出暴胀理论,认为宇宙在诞生初期时经历了一个暴胀的过程,尽管它非常符合当前的宇宙模型,但也不是所有的科学家都是支持的,比如诺奖得主彭罗斯就支持循环宇宙模型,他对暴涨模型不感冒!

大爆炸刚发生后的超光速暴胀过程产生了引力波。

宇宙的年龄

结合宇宙大爆炸以及暴胀模型,还有普朗克卫星测定的最精确的哈勃常数,科学家在2015年时得到了一个宇宙诞生的大致年份,大约在137.87±0.02亿年前!

宇宙的年龄可以通过对哈勃常数以及所含成分的密度参数的测量决定

为什么138亿年的时间膨胀出了465亿光年的宇宙

有了宇宙诞生的模型、参数和时间,那么科学家计算出了宇宙的大小,大约930亿光年直径!也许大家有点懵逼,宇宙诞生不就是138亿年么?怎么就膨胀出465亿光年半径的宇宙,即使以光速膨胀宇宙也就276亿光年直径,难道算错了吗?

其实还真错了,因为宇宙的膨胀根本就不受爱因斯坦的狭义相对论约束,空间膨胀不传递信息,而且在宇宙的每一处都在膨胀,这个速度是多少呢,就是哈勃常数,2013年时普朗克卫星测量的是67.15千米/秒·百万秒差距,这个解释就是每隔326万光年,宇宙膨胀的速度就增加67.15千米/秒,所以当宇宙越来越大时,它膨胀的速度也会越来越快,终会在宇宙的某处超过光速!

所以经过138亿年,宇宙膨胀到465亿光年半径完全没毛病!

138亿光年外的位置,现在怎么样了呢?

我们来看看人类极限能观测的这些地方,都膨胀到了哪里!到目前为止人类观测到最遥远的天体是GN-Z11星系,它是哈勃在宇宙组合体近红外深河外星系遗迹巡天调查时发现的,大约在宇宙诞生4亿年后!到现在它大约膨胀到了300亿光年外!

电磁波段能观测到最远的位置是宇宙微波背景辐射,大约在宇宙大爆炸后38万年后光子退耦后才出现的大爆炸余晖,它大约膨胀到了461亿光年!

当然大爆炸最初发生的那一刹那之后,暴胀期产生了引力波,所以我们还有一个用引力波观测的手段,也许那个引力波探测天线可能高达光年级别,至少现在是不用考虑了,这个位置,大约在465亿光年!

以上几个是人类观测手段穷尽极限所能达到的可能,而2021年10月份,詹姆斯韦伯望远镜要发射升空了,也许他能将人类观测到最遥远的星系推进几个数量级。

目前138亿光年外的地方正在发生什么?

根据哈勃常数,我们可以算出在这个位置大约正以284,254.6千米/秒的速度膨胀,距离光速也就一丢丢了,据此计算,现代宇宙大约在145亿光年外膨胀超过光速!不过前提是目前的哈勃常数,而它是会随着时间改变而改变的,当138亿光年外的星光传递地球时,也许就不是那样了!

不过还有个有趣的消息,1998年两个科学团队还发现了宇宙在45亿年前开始了加速膨胀,这估计让大家有点懵,膨胀的好好的,突然来一个加速膨胀,这宇宙要把自己撕裂吗?还真有可能,因为大撕裂本来就是宇宙最终结局的一个选项!

所以宇宙未来真的会撕裂吗?