科學(xué)家發(fā)現(xiàn)：地球的可觀測(cè)極限，就位于140億光年之外

當(dāng)你抬頭仰望星空，你是否曾產(chǎn)生過這樣一種錯(cuò)覺：只要我們的望遠(yuǎn)鏡足夠強(qiáng)大，只要我們等待的時(shí)間足夠久，我們就能看穿整個(gè)宇宙，直到它的盡頭？

答案是絕無可能。

因?yàn)榭茖W(xué)家發(fā)現(xiàn)：太陽(yáng)系的可觀測(cè)極限范圍，就位于140億光年之外，在這個(gè)距離之外，宇宙對(duì)我們而言已經(jīng)徹底“死去”了，即使那里有燦爛的星系、有繁榮的文明，它們發(fā)出的光也永遠(yuǎn)、絕對(duì)、永遠(yuǎn)無法抵達(dá)地球。

要理解宇宙的邊界，首先要理解光的“延遲”。

在真空中，光的傳播速度是一個(gè)恒定的極限值，每秒30萬公里，這個(gè)速度雖然極快，但在廣袤的宇宙尺度下卻慢得像蝸牛，當(dāng)你看到月亮，那是 1.3 秒前的月亮；看到太陽(yáng)，那是 8 分鐘前的太陽(yáng)；看到最近的恒星半人馬座比鄰星，那是 4.2 年前的它。

看遠(yuǎn)方，就是在看過去。

宇宙誕生于約 138 億年前的大爆炸，這意味著，理論上，我們能看到的最遠(yuǎn)天體發(fā)出的光，最多只能飛行 138 億年。如果一個(gè)天體距離我們極其遙遠(yuǎn)，以至于它發(fā)出的光需要飛行 150 億年才能到達(dá)，那么這束光現(xiàn)在還在半路上，它還沒來得及撞進(jìn)我們的瞳孔。

如果宇宙是靜止的，那么我們能看到的最遠(yuǎn)距離確實(shí)就是 138 億光年，但事實(shí)是，宇宙在大爆炸后一直在膨脹，想象你在一條富有彈性的橡膠傳送帶上跑向你的朋友。你每跑 1 米，你身后的傳送帶就自動(dòng)拉長(zhǎng) 2 米。

雖然光在 138 億年的時(shí)間里只跑了 138 億光年的“路程”，但在這段時(shí)間里，當(dāng)初發(fā)出光芒的那個(gè)天體，已經(jīng)因?yàn)榭臻g本身的膨脹，被推到了更遠(yuǎn)的地方。

通過復(fù)雜的廣義相對(duì)論公式計(jì)算，目前天文學(xué)界公認(rèn)的“可觀測(cè)宇宙” 的半徑大約是 465 億光年，這 465 億光年構(gòu)成的球體，就是我們唯一的“物理現(xiàn)實(shí)”。在這個(gè)范圍之外的一切，對(duì)人類而言，在邏輯上等同于“不存在”。

你可能會(huì)問：愛因斯坦不是說光速是極限嗎？為什么宇宙邊緣的擴(kuò)張速度可以超過光速？

這是一個(gè)極其經(jīng)典的誤解。

愛因斯坦的狹義相對(duì)論說的是：在空間“內(nèi)”運(yùn)動(dòng)的物體，速度不能超過光速，但他并沒有規(guī)定：空間“本身”的膨脹速度不能超過光速。

哈勃定律告訴我們，距離我們?cè)竭h(yuǎn)的地方，空間膨脹的速度就越快。當(dāng)距離超過一個(gè)特定的臨界值，也就是約 144 億光年時(shí)，那一處的空間膨脹速度就會(huì)超過光速。

想象你在機(jī)場(chǎng)的自動(dòng)步道上逆行。如果你跑得不夠快，而步道倒退得太快，你永遠(yuǎn)也無法到達(dá)目的地，在 140 億光年外的那些星系，它們腳下的空間正以超光速逃離我們。它們發(fā)出的每一顆光子，都在努力向地球奔跑，但它們身后的路卻在以更快的速度延長(zhǎng)。

這種感覺就像是在流沙中逆行，無論光子多么努力，它與地球的距離不僅沒有縮短，反而越來越遠(yuǎn)。 這些光子注定會(huì)淹沒在膨脹的深淵里，成為宇宙中永遠(yuǎn)無法送達(dá)的死信。

假設(shè)我們擁有超越物理法則的超級(jí)望遠(yuǎn)鏡，能直接看到那 138 億年前的一刻，我們能看到大爆炸的瞬間嗎？

答案是：不能。你會(huì)撞上一堵“火墻”。

在宇宙誕生的最初 38 萬年里，宇宙是一團(tuán)熾熱、稠密、完全不透明的等離子體“濃湯”。光子在里面就像在極其濃重的霧霾中行走，每跑一納米就會(huì)撞上一顆電子，根本跑不遠(yuǎn)。

直到 38 萬年后，宇宙冷卻到足以讓原子形成，光子才終于獲得了自由，開始在宇宙中直線穿行，這批“第一道光”今天依然漂浮在宇宙中，因?yàn)閲?yán)重的紅移，它們已經(jīng)降溫到了零下 270 攝氏度，變成了微波。這就是天文學(xué)家視若珍寶的宇宙微波背景輻射 。

這道光就是我們?nèi)庋勰芸吹降淖詈筮吔纭Ｋ拖褚环薮蟮那蛐伪诋嫞麄€(gè)可觀測(cè)宇宙。無論你怎么看，你最終看到的都是這層 138 億年前的“火墻”余溫。在它背后的黑暗時(shí)代，光還未誕生。

如果我們把時(shí)間線拉長(zhǎng)，最可怕的事情才剛剛開始。

1998 年，物理學(xué)家震驚地發(fā)現(xiàn)，宇宙不僅在膨脹，而且在加速膨脹。驅(qū)動(dòng)這種加速的神秘力量被稱為“暗能量”，隨著暗能量的持續(xù)發(fā)力，越來越多的星系將跨過那個(gè)“超光速退行”的臨界點(diǎn)。

這意味著，現(xiàn)在我們還能用哈勃或韋伯望遠(yuǎn)鏡看到的那些遙遠(yuǎn)星系，正在一個(gè)接一個(gè)地掉出我們的“可觀測(cè)宇宙”。

在極其遙遠(yuǎn)的未來，大約幾千億年后，銀河系周圍的所有星系都將飛離我們的視線，夜空將變得一片漆黑，除了我們自身的星系，宇宙微波背景輻射將因?yàn)榧t移過度而變得完全無法探測(cè)。

如果那時(shí)候還有智慧生物存在，他們觀察星空，會(huì)得出一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)論：宇宙中只有我們的星系，四周是永恒且虛無的真空。 他們將永遠(yuǎn)無法得知大爆炸的真相，也永遠(yuǎn)無法知道宇宙曾經(jīng)如此輝煌。

我們現(xiàn)在生活的時(shí)代，其實(shí)是觀測(cè)宇宙邊界的黃金時(shí)代。我們是極其幸運(yùn)的一代觀測(cè)者。

那么邊界之外是什么？

主流天文學(xué)界有幾種猜想，首先是無限的宇宙： 邊界之外還是星系、恒星和空間，只是因?yàn)樘h(yuǎn)我們看不見，宇宙在空間上可能是無限大的。

其次是多重宇宙，我們的可觀測(cè)宇宙只是大爆炸后形成的一個(gè)小泡泡，而在更遠(yuǎn)的地方，還有無數(shù)個(gè)其他的“大爆炸泡泡”，每一個(gè)都有不同的物理定律。

最后是閉合宇宙，宇宙像一個(gè)巨大的球體。如果你向著一個(gè)方向飛行足夠久，你最終會(huì)回到起點(diǎn)。但在加速膨脹的背景下，這已經(jīng)成了不可能實(shí)現(xiàn)的幻想。

當(dāng)你意識(shí)到宇宙的邊界就在 465 億光年外，而這個(gè)邊界正在以超光速擴(kuò)張，將我們永遠(yuǎn)孤立在這一方時(shí)空時(shí)，你可能會(huì)感到一種深深的渺小感。

但換個(gè)角度想：我們這群生活在塵埃上的碳基生物，竟然能通過數(shù)學(xué)和物理，推算出這道不可逾越的邊界，并描繪出那層 138 億年前的“火墻”輪廓。

我們雖然被囚禁在宇宙的泡泡里，但我們的思想已經(jīng)越過了邊界。