宇宙在膨胀,说明其外面还有空间,那外面是什么?( 二 )


宇宙在膨胀,说明其外面还有空间,那外面是什么?
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可观测宇宙
截止到2011年 , 通过哈勃望远镜观测到的最遥远的天体是UDFj-39546284 , 其红移值大约为300亿光年 。 2016年8月 , GN-z11的发现突破了可观测到的最远的天体纪录 , 其红移值也是已知天体中最高的 。
经过对其红移数据的计算可得 , 这个星系的年龄大约为134亿年 , 也就是说宇宙大爆炸短短4亿年后这个信息就产生了 。
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GN-z11星系
但话说回来 , 宇宙的年龄为138亿年 , 但为什么目前仅仅是地球上的可观测宇宙就达到了460亿光年?难道说宇宙膨胀的速度超过了光速吗?
是的 , 宇宙的膨胀确实以超光速的速度进行着 , 并且科学家对la-超新星红移星等的测量显示 , 宇宙早在60多亿年前膨胀就开始加速了 。
但能够支持宇宙以如此快的速度膨胀 , 必定有一种物质或者能量在支持 , 于是科学家们提出了“暗能量”这个概念 , 暗能量也是目前唯一能够解释宇宙加速膨胀的存在 。
而推动宇宙膨胀的能量到现在仍是个谜 , 最初的宇宙由于引力的束缚导致膨胀的速度过于缓慢 , 但通过暗能量的不断增加 , 宇宙的膨胀开始加速 , 暗能量与暗物质也充斥宇宙的大部分空间 。
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暗能量
宇宙在膨胀,说明其外面还有空间,那外面是什么?】暗能量的密度为6.91×10^27kg/m3 , 比宇宙中其他物质的密度都要小 , 且均匀分布在宇宙的各个角落 , 支配着宇宙中的质能 。
根据2008年WMAP所计算得出的数据显示 , 宇宙中的暗能量占比为72% , 同时有23%的暗物质 , 4.6%的常规物质与不到1%的中微子 , 常规物质的密度随着宇宙的膨胀在不断降低 , 但是暗能量的密度却几乎保持不变 。
目前对暗能量研究还不能描述其具体的物理性质 , 暗能量也只是一个象征性的存在 。 能够解释暗能量最为简洁的方式是爱因斯坦引力场方程中的宇宙常数项 , 但是它仅能表明暗能量的存在是一个常量 , 并不能解释其本质 。
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2008年宇宙组成数据
宇宙以超光速的速度膨胀 , 这就导致了在地球可观测宇宙范围以外的一些天体可能在未来永远无法从地球观测到 , 因为这些天体的光不可能超过宇宙膨胀的速度到达地球 。
不仅如此 , 许多理论上可以被观测到的星系会因为宇宙的膨胀而导致红移值的增加 , 导致其逐渐远离地球变为不可观测的天体 。
之所以我们在地球上的可观测宇宙有限 , 其中一个原因也是科学技术的限制 。 目前世界上以测量天体的红移值来计算天体与地球的距离 , 其原理是通过测量天体所放出的电磁波的波长和频率 , 若天体远离地球电磁波会往红色的区域偏移 , 因此被称为红移 。
但是对于宇宙微波背景辐射意外的天体的电磁波无法到达地球 , 这个方法也就失效了 。
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测量天体之间距离的方法
那有没有进一步观测更为遥远天体的方法呢?
当然有 。 我们可以利用宇宙中仅有的那不到1%的中微子 , 因为中微子是由天体内部的核反应产生的 , 中微子也带有这所属天体的信息 , 通过接收其他天体传到地球的中微子即可得到该提案提的具体位置信息 。
例如位于南极的“冰立方”中微子天文台就于2017年9月利用接收中微子的信息 , 探测到了来自37亿光年的猎户座耀变体TXS0506+056的中微子 , 这也是人类第一次使用中微子探测器定位天体 。
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“冰立方”中微子天文台工作原理示意图
在我们能够观测到的宇宙之外存在什么世界 , 对此有着诸多的说法 , 其中最为广泛流传的说发是多重宇宙与平行宇宙的存在 。
多重宇宙可以理解为在可观测宇宙之外存在着其他时空 , 这些时空可能由宇宙暴胀而来 , 也可能在我们所处的宇宙黑洞奇点内所无法理解 。 这些宇宙内的物质构成 , 物理规律以及其他各方面的因素可能都与我们所处的宇宙有异同之处 。
平行宇宙的存在与多重宇宙略有不同 , 平行宇宙的解释往往需要涉及量子力学 。 其大概的理解为 , 多个平行宇宙共用一个时间变数 , 每个宇宙都有着相同的起源 , 也就是说诞生于同一个宇宙大爆炸 。