
题目中所提出的疑惑,或许许多朋友都曾思索过。按照狭义相对论,光速似乎是一个不可逾越的速度极限,那么宇宙的直径为何会有920亿光年之巨呢?这个问题看似矛盾,但实际上两者之间存在紧密的联系。让我们一起揭开这神秘面纱背后的科学解释。
宇宙起源的大是科学家们对宇宙诞生的主流理解。我们的宇宙从一个极其微小的点开始膨胀至今。此时的宇宙还在不断地膨胀,仿佛是一个充满气体的气球,体积持续增大。在这样一个不断膨胀的宇宙中,我们所观察到的宇宙其实只是整个宇宙的一部分,也就是所谓的“可观测宇宙”。
可观测宇宙是以地球为中心的一个球状区域,其边界距离我们最远可达460亿光年,也就是可观测宇宙的半径长度。这个数据的得出,与宇宙膨胀的速度有着密切的关系。虽然狭义相对论规定了物体无法达到光速,但空间膨胀的速度却可能超越了光速。这一点尤其在遥远的星系之间表现得尤为明显。早在上世纪20年代,天文学家哈勃就通过观察证实了这一点。他发现距离地球越远的星系,其退行速度越快。这意味着星系间的距离在不断增大。
回到宇宙的起源,在大之后的初期,并没有光或者自由光子能够传播。直到大约大38万年后,随着原子的形成,第一批自由光子才开始出现(这些光子形成了我们现在观察到的微波背景辐射)。但我们要认识到,这些光子所传播的距离也在不断变化,因为宇宙是在持续膨胀的。这意味着当初发出这些光子的光源也在随着宇宙的膨胀而远离我们。随着时间的推移,我们所观察到的光子与我们之间的距离也在迅速增长。这就是为什么我们接收到的光子来自138亿年前的大,但光源现在距离我们却达到了460亿光年的距离。这也就解释了为什么可观测宇宙的直径达到了惊人的920亿光年。
虽然宇宙的“年龄”只有138亿年,但由于宇宙膨胀的影响,我们所观察到的宇宙却扩展到了巨大的范围。真正宇宙的规模可能比我们所观测到的还要大得多。而每一个从特定位置出发的观察者都可以观察到自己的可观测宇宙。虽然大家观察到的宇宙图景各有不同,但由于宇宙的各向,这些可观测宇宙在整体上呈现出相似的特征。所以即使宇宙的年龄在某种程度上与它的巨大规模不相符,但两者实际上并不矛盾。这是因为宇宙的复杂性和广阔的尺度让我们在理解其真实面貌时仍需探索更多的科学知识和理论支持。我们会继续分享更多精心准备的通俗科普文章,期待您的点评和关注!
