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圖片所展示出的景象很震撼，不是嗎？圖片中從內(nèi)向外展示了在觀測(cè)尺度中的宇宙景色，最中心是太陽(yáng)系，最外邊看起來(lái)像藤曼一樣的物質(zhì)其實(shí)是可觀測(cè)宇宙的最邊界。

之所以呈現(xiàn)出這樣的顏色，是圖像被做了一定的處理，它們都是超大尺度下的宏觀宇宙中的超星系團(tuán)，每一處藤曼都代表著一片星系。

根據(jù)科學(xué)家們過(guò)去的觀測(cè)，我們的宇宙尺度在觀察范圍內(nèi)的直徑已經(jīng)達(dá)到了930億光年，通過(guò)對(duì)天體的電磁輻射和宇宙誕生的時(shí)間推測(cè)，科學(xué)家們認(rèn)為可觀測(cè)宇宙中可能有2萬(wàn)億個(gè)星系。

這還不是全部，如果從宇宙本身這個(gè)概念出發(fā)，我們所了解到的宇宙規(guī)模實(shí)際上相比宇宙之“外”（尚未能觀測(cè)到的宇宙），如同原子一般小。

可以這么說(shuō)，從“可觀測(cè)”這個(gè)角度看，宇宙中任何一個(gè)位置都可以看作是觀測(cè)中心，至于為什么探測(cè)不到邊界，以及可觀測(cè)范圍宇宙如同原子一般小，這需要從多個(gè)方面來(lái)解釋。

文章接下來(lái)會(huì)從宇宙的觀測(cè)模型、宇宙膨脹、粒子世界，以及可能的事件中來(lái)對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)解答。

觀測(cè)在時(shí)間和空間上的變化

人類(lèi)對(duì)宇宙的觀測(cè)并不是說(shuō)在可觀測(cè)這件事上被限制，而是速度最快的光，其自身也有局限性。光速的物理極限決定了信號(hào)傳輸不能超越光速，因此它也存在一個(gè)最大距離。而超過(guò)這個(gè)距離就無(wú)法檢測(cè)到任何東西，因?yàn)樾盘?hào)還沒(méi)有傳輸過(guò)來(lái)。

這其中的信號(hào)除了物體本身的輻射信號(hào)外，還有宇宙自身發(fā)射的微波背景輻射。隨著宇宙膨脹的不斷變化，本地超星系團(tuán)之外的所有目前可觀測(cè)物體最終都會(huì)出現(xiàn)時(shí)間凍結(jié)，同時(shí)發(fā)出的光也會(huì)越來(lái)越弱、越來(lái)越紅。

正如文章開(kāi)頭的圖片所展示的那樣，接近邊界的藤曼越來(lái)越紅，而且微弱。目前處于一定距離的物體所發(fā)出的光永遠(yuǎn)不會(huì)到達(dá)地球，這個(gè)距離大概在190億秒差距（1秒差距=3.26光年）。

這和宇宙本身有什么關(guān)系呢？事實(shí)上，是宇宙變化影響了這一切。宇宙會(huì)出現(xiàn)今天我們所觀測(cè)到的這樣，很大程度是因?yàn)橛钪嬖谂蛎洝＿@種膨脹變化使得宇宙不斷擴(kuò)大，我們能夠觀察的東西會(huì)逐漸變得更少，這也使得我們的宇宙（可觀測(cè)宇宙）可能會(huì)像一粒原子一般。

宇宙膨脹不是簡(jiǎn)單的一種空間尺寸變化，它是可觀測(cè)宇宙中任意兩個(gè)給定的不受引力約束部分之間的距離，隨著時(shí)間增加，發(fā)生一種內(nèi)在的擴(kuò)展?？臻g本身的尺度也會(huì)發(fā)生變化，這不需要空間存在于外部，也不涉及傳統(tǒng)意義上的空間以及尺度變化的度量。

我們可以對(duì)其進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的舉例理解，在發(fā)生宇宙膨脹的地方，比如你正在朝向一顆樹(shù)跑去，但由于你和樹(shù)之間的空間出現(xiàn)膨脹，你們之間的距離在不斷拉長(zhǎng)，并且這種拉伸變化還會(huì)在新的膨脹中繼續(xù)膨脹，所以你永遠(yuǎn)也到達(dá)不了終點(diǎn)。

在宇宙中對(duì)于觀察者來(lái)說(shuō)，所有的空間都在膨脹，除了最近的星系之間，星系之間的重力約束作用會(huì)減緩這種膨脹。空間內(nèi)的物體移動(dòng)變化看起來(lái)會(huì)比光速快，但實(shí)際上移動(dòng)的是空間而不是物體本身。另外物體運(yùn)動(dòng)也不可能超過(guò)光速，這種空間尺度的膨脹即便是光速也無(wú)法追趕。

這種變化最終將會(huì)導(dǎo)致遠(yuǎn)離視界的天體會(huì)變得無(wú)法觀測(cè)，因?yàn)楣馑贈(zèng)]能突破這種距離變化，從而限制了我們可觀測(cè)宇宙的大小。這種限制除了空間本身，還有粒子視界。

粒子視界影響下的宇宙

粒子視界是科學(xué)家觀測(cè)宇宙的一個(gè)重要手段，它表示來(lái)自粒子的光可以傳播到觀察者的最大距離，代表了宇宙可觀測(cè)區(qū)域和不可觀測(cè)區(qū)域的邊界。因此它在當(dāng)前的宇宙研究中，定義了可觀測(cè)宇宙的大小。

現(xiàn)今的大爆炸理論下的宇宙是目前主流的宇宙模型，在此模型下，有一個(gè)共移距離。宇宙學(xué)家在定義物體之間距離的兩個(gè)密切相關(guān)的距離度量時(shí)，使用了共同移動(dòng)距離和適當(dāng)距離來(lái)表示兩個(gè)物體的變化。

適當(dāng)距離大致對(duì)應(yīng)于遙遠(yuǎn)物體在標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型時(shí)間中，特定時(shí)刻所處的位置，由于宇宙膨脹，它會(huì)隨時(shí)間變化而變化。但共移距離會(huì)影響宇宙的膨脹，表現(xiàn)出一個(gè)不會(huì)因空間膨脹而隨時(shí)間變化的距離。

因此，就共移距離來(lái)講，粒子視界等于共形時(shí)間。對(duì)于粒子視界而言，由于宇宙的膨脹，它還不僅是宇宙年齡乘以光速，而是光速乘以共形時(shí)間。隨著時(shí)間的流逝和共形時(shí)間的增長(zhǎng)，粒子視界不斷后退，這也導(dǎo)致我們觀測(cè)到的宇宙大小總是在增加。

現(xiàn)在讓我們回到宇宙膨脹上來(lái)，隨著時(shí)間的推移，構(gòu)成宇宙的空間就會(huì)出現(xiàn)更多變化，包括空間中的物質(zhì)和能量。如果我們把宇宙假設(shè)成拓?fù)淠Ｐ?，早期宇宙暴脹模型的證據(jù)也暗示著“整個(gè)”宇宙比可觀測(cè)宇宙大得多。

所以任何邊緣或者奇異幾何形狀或拓?fù)涠疾荒鼙恢苯佑^察到。因?yàn)楣膺€沒(méi)有達(dá)到宇宙的這些地方。因此，我們也可以假設(shè)在宇宙空間范圍內(nèi)它是無(wú)限大的，沒(méi)有邊緣或者其他連通性。

綜上所述，我們從宇宙大爆炸理論下的宇宙模型到宇宙暴脹理論中可以基本地了解這些變化，出于這種膨脹和粒子視界變化，我們的可觀測(cè)宇宙顯得微不足道了，小得就如同原子一般。從視界消退方面看，我們會(huì)變得越來(lái)越“小”，宇宙整體的膨脹使空間距離越來(lái)越大。

直到今天，宇宙仍然在不斷地膨脹中，可觀測(cè)宇宙中的結(jié)構(gòu)顯得非常奇特。

宇宙膨脹后帶來(lái)的變化

宇宙結(jié)構(gòu)從恒星水平開(kāi)始，然后星系群，再到星系團(tuán)、超星系團(tuán)。它們彼此之間還有薄片狀結(jié)構(gòu)以及藤曼。這其中的空隙非常巨大，并最終形成了一個(gè)巨大的泡沫狀結(jié)構(gòu)。

科學(xué)家通過(guò)宇宙微波背景輻射以及紅移變化對(duì)宇宙模型進(jìn)行了一種基本構(gòu)建。宇宙膨脹在未來(lái)還會(huì)形成超大的空洞，超星系團(tuán)之間會(huì)存在數(shù)十億光年的間隔。

如今我們能夠確定的最遙遠(yuǎn)天體是GN-z11星系，該星系在130億年前就發(fā)生了爆炸，我們?nèi)缃裼^察到的是遙遠(yuǎn)的過(guò)去，同時(shí)也是確定為最遠(yuǎn)的觀測(cè)天體。

未來(lái)的宇宙觀測(cè)將會(huì)處于一個(gè)加速變化的宇宙中，而且會(huì)出現(xiàn)不可觀測(cè)事件。它們會(huì)在空間上被分開(kāi)，對(duì)于某個(gè)參考系來(lái)講，即便它們與我們現(xiàn)在的時(shí)間同步發(fā)生，也不會(huì)有任何信號(hào)會(huì)到達(dá)地球。

人類(lèi)在宇宙中觀察到的一切都是來(lái)自遙遠(yuǎn)過(guò)去的回音，我們身處在如原子般大小的宇宙中，在現(xiàn)在對(duì)未來(lái)進(jìn)行預(yù)測(cè)，卻在過(guò)去發(fā)現(xiàn)未來(lái)，時(shí)間和空間的跨度把現(xiàn)實(shí)變得奇異。

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