可观测的天体是有限的,而且还会越来越少,因为它们正在远离地球
宇宙有多大?这可能是人类所能够提出的最为终极的问题了,因为这是一个永远也无法得到答案的问题,因为无论是现在,还是将来,我们都无法看到宇宙的全貌,我们所能够了解的全部空间范围被称为可观测宇宙。
为什么会有一个可观测宇宙呢?为什么可观测宇宙范围之外的空间是不可见的呢?可观测宇宙的半径为460亿光年,也就是说在460亿光年以外的区域是完全不可见的。之所以会出现这样的现象,是因为光速的限制。
在日常生活中,我们能够看到一个物体,是因为光照射在这个物体表面之后反射进入我们的眼睛,所以我们才能够看到这个东西。同样的,在宇宙中也是一样,我们能够看到一个星体,是因为来自于这个星体的可见光进入了我们的眼睛。
光从一个星体进入到我们眼睛之中的过程并不是瞬时的,如同其它物质的移动一样,光的移动也有一个速度,那就是光速。
光在真空中的传播速度为每秒299792458米,恒定不变。以太阳为例,太阳和地球之间的距离约为1.496亿公里,按照光传播的速度,太阳光照射到地球之上需要约8分钟左右的时间。
换个方式来说,也就是我们所见到的太阳实际上是8分钟以前的太阳,如果此时此刻有一个高等的外星文明,将太阳偷走,那么位于地球上的我们仍然能够看到太阳安然的挂在空中,直到8分钟以后,它才会消失掉。太阳如此,而宇宙中的其它天体也是如此,比如夜空中最亮的那颗星,天狼星,天狼星与地球的距离约为8.6光年,也就是以光速行进8.6年才能够到达地球。
实际上我们所见的天狼星,是8.6年以前的天狼星。
无论此时此刻的天狼星发生何种聚变,我们都只有等到8.6年以后才能够看到。明白了这一点以后,一个新的疑问诞生了,按照这种理论,随着时间的推移,宇宙间的所有天体都会逐渐被我们所观测到,因为不管距离多么遥远,终有一日它所发出的光能够到达地球,可是我们所能够见到的天体永远都是那么多,从来也不会有新的天体出现,这是为什么呢?
事实上我们所能够观测到的天体不仅是有限的,而且在未来还会越来越少,因为所有的天体都在远离地球,地球正在被逐渐孤立。其实说天体在远离我们并不准确,实际上天体本身并没有发生移动,而是宇宙空间在膨胀。
宇宙膨胀论是通过多年的观测所得出的结论。
在宇宙之中,任意两点之间的空间都处于不断地扩张之中,而且如果两个点相距越远,那么这个扩张的幅度就越大。因为整个宇宙空间在膨胀,所以所有的天体都会相互远离,也就是说宇宙会变得越来越稀疏。
通过观测,我们已经基本可以确定宇宙膨胀的速率。当宇宙间两点相距达到326万光年的时候,两点因膨胀而相互远离的速度约为每秒67.8公里,两点的距离每增加326万光年,这个远离的速度就会增加大约67.8公里。在太阳系之中,各个天体之间的距离是很近的,比如太阳和地球之间的距离仅为1.496亿公里,换算成光年,仅为0.0000158光年,所以天体之间因膨胀而远离的速度是非常慢的,我们几乎感受不到太阳系天体之间的相互远离。
那些距离地球非常遥远的宇宙天体远离地球的速度就显得非常快了。
不断累加下去,在达到一定距离之后,这个相互远离的速度就会超过光速。光速不可超越的理论指的是宇宙系统内部具有信息传递的移动速度,宇宙膨胀属于空间本身的膨胀,与光速最快原理并不矛盾。当一个天体远离的速度超越了光速,那么它所发出的光就永远也不会传递到地球上来了,所以我们也就永远都无法看到它了。
同样的道理,由于所有的天体都在相互远离,现在我们所能够看到的天体,随着时间的推移,也会离我们越来越远,终有一日,它们会移出可观测宇宙的范围,到时候也它们也就变得不可见了。在亿万年之后,当我们再次仰望宇宙的时候,可见的就只有一片黑暗,宇宙中将会空无一物。也有理论认为宇宙并不会无限膨胀下去,当达到一定极值后就会再次转为收缩,整个宇宙将重新坍缩为一个奇点。