宇宙究竟有沒(méi)有邊界

宇宙究竟有沒(méi)有邊界

宇宙究竟有多大，也許你從沒(méi)想過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題。因?yàn)橄鄬?duì)于人類來(lái)說(shuō)，宇宙太龐大了?？墒强茖W(xué)家們卻對(duì)這個(gè)問(wèn)題十分好奇，他們從側(cè)面推斷了一下，宇宙究竟有沒(méi)有邊界。

2012年11月，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一顆在當(dāng)時(shí)最遙遠(yuǎn)的星系。這顆名為M AC S0647-J D的星系（圖中小方框里標(biāo)注的位置）看起來(lái)象位于巨大星系群背后的小點(diǎn)，該星系群位于大熊座和小熊座之間

宇宙的尺度

我們并非居于宇宙的中心，但是我們確實(shí)居于可觀測(cè)宇宙的中心。這個(gè)宇宙是一個(gè)直徑約為930億光年的球體，沒(méi)有人知道其究竟有多大。但如果你旅行的時(shí)間足夠長(zhǎng)，最終將回到你出發(fā)的地方，就像在一個(gè)球體的表面旅行。

宇宙自誕生以來(lái)大約經(jīng)歷了137億年，這是否就意味著我們最遠(yuǎn)只能看到137億光年遠(yuǎn)的地方呢？

答案是錯(cuò)誤的。這個(gè)宇宙的最奇特性質(zhì)之一便是：它是不斷膨脹的，并且這種膨脹幾乎可以以任何速度進(jìn)行——甚至超過(guò)光速。這就意味著我們所能觀測(cè)到的最遠(yuǎn)的天體事實(shí)上遠(yuǎn)比它們實(shí)際來(lái)的近。隨著時(shí)間流逝，由于宇宙的整體膨脹，所有的星系將離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)，直到最終留給我們一片空寂的空間。

宇宙在膨脹

科學(xué)家們讓哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì)準(zhǔn)天空中的一小塊區(qū)域進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的曝光——長(zhǎng)達(dá)數(shù)月，盡可能地捕獲每一個(gè)暗弱的光點(diǎn)。這其中包含有1萬(wàn)個(gè)星系，從局部放大還可以看到一些星系的細(xì)節(jié)。當(dāng)你看著這些遙遠(yuǎn)的星系，你可能沒(méi)有意識(shí)到自己正在遙望遙遠(yuǎn)的過(guò)去，你所看到的這些星系都是它們?cè)?30億年前的樣子，那幾乎是時(shí)間的盡頭。

由于宇宙在膨脹，在宇宙中傳播的光線的波長(zhǎng)將被拉伸，就像橡皮筋被拉長(zhǎng)一樣。光是一種電磁波，對(duì)于它而言，波長(zhǎng)變長(zhǎng)意味著向波譜中的紅光波段靠近。于是天文學(xué)家們使用“紅移”一詞來(lái)描述天體的距離，簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是描述光束從天體發(fā)出之后在空間中經(jīng)歷了多大程度的膨脹拉伸。

一個(gè)天體的距離越遠(yuǎn)，它在傳播的過(guò)程中波長(zhǎng)被拉伸的幅度越大，光線也就越紅。

據(jù)悉，人類迄今所觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)天體存在的時(shí)期距離宇宙大爆炸僅有4.8億年。這一星系距離地球315億光年。

看起來(lái)這一星系似乎非常孤單，在它的周圍沒(méi)有發(fā)現(xiàn)與它同時(shí)期的星系存在。這和大爆炸之后大約6.5億年時(shí)的情景形成鮮明對(duì)比，在那一時(shí)期，天文學(xué)家們已經(jīng)找到大約60個(gè)星系。

最遙遠(yuǎn)的距離

天文學(xué)家能夠觀測(cè)到的最遙遠(yuǎn)的光線名為“宇宙微波背景輻射”。這是抵達(dá)地球的最古老的光子，它們幾乎誕生于宇宙大爆炸發(fā)生的時(shí)刻。在大爆炸發(fā)生后的短時(shí)間內(nèi)，宇宙非常小，因此相當(dāng)擁擠，物質(zhì)太過(guò)稠密，以至于光線無(wú)法長(zhǎng)距離傳播。

但在宇宙誕生之后大約38萬(wàn)年之后，宇宙已經(jīng)變得足夠大，光線第一次可以自由地傳播。

這時(shí)發(fā)出的光是我們今天所能觀測(cè)到的最古老的光線，無(wú)論你把望遠(yuǎn)鏡指向哪個(gè)方向，都可以觀測(cè)到它的存在。宇宙微波背景輻射就像一堵墻，我們最遠(yuǎn)也只能看到墻這一側(cè)的風(fēng)景，卻絕無(wú)辦法穿墻而過(guò)。

天文學(xué)家們向宇宙張望，他們注意到宇宙中的星系分布并非呈現(xiàn)隨機(jī)狀態(tài)，由于引力的作用，星系傾向于相互接近，從而形成規(guī)模巨大的聚合體，如星系團(tuán)，超星系團(tuán)，大尺度片狀結(jié)構(gòu)乃至所謂的巨壁。

我們現(xiàn)在知道在距離地球約10億光年的距離內(nèi)存在一個(gè)超星系團(tuán)的海洋。這些是被引力作用聚集在一起的大量成員星系。我們的銀河系本身是室女座超星系團(tuán)的成員，在這個(gè)巨大的超星系團(tuán)結(jié)構(gòu)中，我們的銀河系毫無(wú)特別之處，它只是位于一隅之地的普通成員星系而已。在這一宏偉結(jié)構(gòu)中占據(jù)統(tǒng)治地位的是室女座星系團(tuán)，這是一個(gè)由超過(guò)1300個(gè)成員星系組成的龐大集團(tuán)，其直徑超過(guò)5400萬(wàn)光年。

呈“泡沫網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)

宇宙中另一個(gè)令人吃驚的事實(shí)是：占據(jù)宇宙大部分的成分我們卻完全看不到。

暗物質(zhì)是一種神秘的存在，科學(xué)家們認(rèn)為它們遍布宇宙各處，但是我們卻看不到也摸不著。它們和光以及任何種類的電磁波都不發(fā)生作用，而這正是人類賴以探測(cè)宇宙的基礎(chǔ)工具。不過(guò)它會(huì)產(chǎn)生引力，通過(guò)它對(duì)周遭空間施加的引力效應(yīng)，科學(xué)家們能夠感受到它們的存在。

星系巡天的結(jié)果顯示我們的宇宙似乎呈一種“泡沫網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)。其中分布著節(jié)點(diǎn)、“纖維帶”和層。這種復(fù)雜結(jié)構(gòu)的起源來(lái)自宇宙微波背景輻射中微小的漣漪，這是其中密度微小變化的體現(xiàn)。

隨著宇宙膨脹，這些微小的高密度區(qū)逐漸吸引更多的物質(zhì)向其聚集，這種效應(yīng)持續(xù)上百億年，其結(jié)果是驚人的——它造就了我們今天所見(jiàn)的宇宙。

幾乎所有的星系都分布在狹窄的“纖維帶”上，而在它們的中間則是巨大的空洞，天文學(xué)上稱為“巨洞”。這些巨洞的體積巨大，有些直徑可達(dá)3億光年，其中幾乎空無(wú)一物。

但是這樣說(shuō)并不正確，因?yàn)楸M管我們看上去那里確實(shí)是什么也沒(méi)有，但實(shí)際上充斥著暗物質(zhì)。

這些現(xiàn)象就是我們目前探索出來(lái)的成果，可以從側(cè)面反映出宇宙的邊界、宇宙的大小。但是這也并不能明確地說(shuō)明宇宙究竟有多大，所以探索還在繼續(xù)。

（《奧秘》2016年第12期）