场景的画面是不是很震撼?图为由内向外观测尺度上的宇宙景象,的中心是太阳系,最外层看起来像像藤曼的物质其实是最外层的边界可观测宇宙。

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之所以会出现这种颜色,是因为图片经过了一定程度的处理。都是宏观宇宙超大尺度的超星系团。代表银河系。

根据以往科学家的观测,我们观测范围内的宇宙尺度的直径已经达到930亿光年,通过天体的电磁辐射和宇宙诞生时间推测,科学家认为,可观测宇宙中可能存在2万亿个星系

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这还不是全部。如果我们从宇宙本身的概念出发,我们所知道的宇宙规模,相对于宇宙的“外部”(还未被观测到的宇宙)来说,其实只有原子那么小。

可以说,从“可观察”的角度来说,宇宙中任何一个位置都可以看作是观察中心。至于为什么探测不到边界,而宇宙的可观测范围就像一个原子小,这个需要分几个方面来解释。

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美丽宇宙

本文将从宇宙的观测模型、宇宙膨胀、粒子世界、可能事件等方面进行详细解答。

观察时空变化人类对宇宙的观察并不是说它局限在可观察的物质上,而是最快的光,它本身就有局限性。光速的物理极限决定了信号传输不能超过光速,所以它也有最大距离。而超出这个距离,就什么也检测不到了,因为信号还没有传出去。

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除了物体本身的辐射信号外,该信号还包括宇宙本身发出的微波背景辐射。随着宇宙膨胀的不断变化,本超星系团外所有当前可观测到的天体最终都会出现时间冻结的现象,同时发出更弱更红的光。

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宇宙微波背景

如文章开头的图片所示,靠近边界的藤蔓越来越红,越来越暗。当前在一定距离的物体发出的光永远不会到达地球。

这与宇宙本身有什么关系?其实,宇宙的变化影响了这一切。宇宙会出现我们今天观察到的样子,很大程度上是因为宇宙在膨胀。这种膨胀变化使得宇宙不断膨胀,我们能观测到的东西会逐渐越来越少,这也使得我们的宇宙(可观测宇宙)可能就像一个原子一般.

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美丽宇宙

宇宙膨胀不是空间大小的简单变化,是可观测宇宙中不受引力约束的任意两个给定部分之间的距离,随着时间的增加,内在膨胀发生。空间本身的尺度也会发生变化,不需要空间存在于外部,也不涉及传统意义上的空间尺度变化的测量。宇宙膨胀

我们可以举个简单的例子来理解。在宇宙膨胀的地方,比如,你正朝着一棵树跑,但是因为你和树之间的空间在膨胀,所以你们之间的距离在不断拉长,,而这个拉伸变化会在新的资料片中不断扩大,所以你永远不会走到尽头。

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在宇宙中对于观察者来说,所有的空间都在膨胀,除了最近的星系之间,星系之间的引力约束会减缓这种膨胀。物体在空间中的运动和变化看似快于光速,但实际上运动的是空间而不是物体本身。另外,物体的运动不能超过光速,这个空间尺度的扩大即使是光速也追不上。

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这种变化最终会导致远离事件视界的天体变得不可观测,因为光速无法突破这种距离变化,从而限制了我们可观测宇宙的大小。这个限制除了空间本身,还有粒子视界粒子视界。

粒子视界影响下的宇宙

粒子视界是科学家观测宇宙的重要手段。它代表了粒子发出的光到达观察者的最大距离,代表了宇宙可观测区域和不可观测区域的分界线。因此定义了当前宇宙研究中可观测宇宙的大小。

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目前大爆炸理论下的宇宙是目前主流的宇宙模型。在这个模型下,有一个联动距离。当宇宙学家为物体之间的距离定义两个密切相关的距离度量时,使用同动距离和本征距离来表示两个物体的变化。适当的距离大致对应于标准宇宙模型时间的给定时刻远处物体的位置,,由于宇宙的膨胀,它会随着时间而变化。但是同动距离会影响宇宙的膨胀,呈现出一个不因空间膨胀而随时间变化的距离。粒子视界

因此,就同动距离而言,粒子视界等于共形时间。对于粒子视界,由于宇宙膨胀,不仅是宇宙年龄乘以光速,而且是光速乘以共形时间。随着时间的推移和共形时间的增加,粒子视界在不断后退,这也导致了我们观测到的宇宙体积一直在增大。

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现在让我们回到宇宙膨胀的话题上。随着时间的推移,构成宇宙的空间,包括空间中的物质和能量,都会发生更多的变化。如果我们将宇宙假设为一个拓扑模型,早期宇宙暴胀模型的证据也意味着“整个”宇宙比可观测宇宙大得多。

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BigBang

所以任何边缘或奇异几何或拓扑都无法直接观察到。因为光还没有到达宇宙的这些地方。因此,我们也可以假设在宇宙的空间范围内是无限的,没有边或其他连通性。浩瀚宇宙

综上所述,从大爆炸的宇宙模型到宇宙暴胀理论,膨胀和粒子视界变化,我们基本可以理解这些变化,而我们可观测的宇宙似乎微不足道,小到一个原子。从视界衰落的角度来说,我们会越来越小,宇宙整体膨胀会让空间距离越来越大。

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直到今天,宇宙还在膨胀,可观测宇宙中的结构非常奇特。

宇宙膨胀带来的变化

宇宙的结构是从恒星层次开始,然后是星系群,再到星系团,超级星系团。它们之间也有层状结构和藤蔓。缝隙巨大,最终形成巨大的泡沫状结构。

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科学家们通过宇宙微波背景辐射和红移变化,基本构建了宇宙模型。未来宇宙膨胀会形成超大空洞,超星系团之间将有数十亿光年。

我们今天能确定的距离最远的天体是GN-z11星系,它在130亿年前爆发。确定为最远的观测对象。

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GN-z11星系

未来的宇宙观测将处于加速宇宙中,将会出现不可观测的事件。它们将被隔开,并且对于一个参考系,即使它们与我们现在的时间同步发生,也没有任何信号会到达地球。

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人类在宇宙中观察到的一切都是来自遥远过去的回声。我们生活在一个小如原子的宇宙中。我们在当下预测未来,却在过去发现未来、时间和空间。跨度将现实变为奇点。