由蚂蚁与橡皮绳悖论,来看可见宇宙!
可见宇宙的大小,宇宙的起源和图像是宗教当中一个永恒的话题。
人们经常会问:
宇宙是否有起点?如果有它如何产生的?宇宙是如何演化的,将来会怎样?
所以我们会问宇宙它到底有多大?宇宙究竟是有限还是无限的?
对于这样一个问题,到现在并没有给出一个确切的回答。
有各种各样的理论模型,对应有各种各样的宇宙。
但不管怎么说,到目前为止人们所公认的观点是:认为我们宇宙产生于137亿年前的大爆炸。
对于可见宇宙,可以认为是我们最大的物理研究对象尺度。
我们知道宇宙诞生于137亿年前,并且真空中的光速是一个恒定的值,是粒子传播最大的速度。
所以我们很自然可以想象在宇宙的诞生时刻,它发出的光能够传播多远呢?
对于这样一个问题非常非常的简单!
我们只要把时间乘以光速,就可以给出这个距离了。
差不多是10`26次方米,对应的也就是137亿光年远的距离
这就是可见宇宙的大小
所以我们在地球上,能够看到宇宙最远的地方就是这个距离,我们也把它称作是宇宙的视界。
对于可见宇宙的大小,我们刚刚说是137亿光年
但是也有人说,我们观测到的宇宙的大小是460亿光年
对于这种说法如何理解呢?
在这里我们可以玩一个小游戏
这个游戏也是一个非常有意思的问题
叫做蚂蚁与橡皮绳的悖论
有一只蚂蚁如果以每秒1厘米的匀速度,沿着一根长度为100米的橡皮绳,从它的一端向另一端爬行。若蚂蚁每秒钟爬过1厘米,在此同时,橡皮绳同时能够拉伸100米。
可以想象它每爬1秒钟,离目的是越加的遥远了。
但对于这个问题,我问你:
1、蚂蚁能否爬到橡皮绳的另一端呢?
2、如果你认为它能够爬到橡皮绳的的另一端,它需要走多长的时间呢?
3、经过这段时间蚂蚁它能够走多远的距离呢?
4、到达绳子的另一端的时候这根不断拉伸的绳子它真实的长度有多长呢?
如果了解蚂蚁与橡皮绳悖论的问题,有助于我们理解宇宙学当中距离和膨胀的问题!
在这幅图当中我们可以看到在它的最下面,可能是在宇宙的极早期,从一个遥远的星系发出一束光。
光发出来之后,宇宙会在不断不断地膨胀。从右下到左上,看到是光所走过的距离。在这幅图的最上面,看到这条黄色线所表现的距离。
它代表的是发出光的这个星系,它现在离我们观测者处的距离,也叫做现在时刻的固有距离。
那么唯一的区别就是膨胀的尺度随时间变化有所不同而已。
在研究宇宙学的时候还会引入一个距离,这个距离是为了研究方便而引入的,会引入一个叫做随动距离的概念。
随着这个尺度在不断不断地膨胀,那么它这个尺子也随着它一起膨胀。
所以像我们这里以橡皮球,或者以气球为例
如果我们在上面给出了四个点,每个点之间的距离都为1
不管你这个气球膨胀有多大,那么它始终都是距离为1
这就是随动距离概念
所以我们生活在地球上,我们看到最远的地方,实际上就是我们宇宙的视界!
至于在这个视界之外,会有什么样的现象呢?
我们并不清楚,有一些物理学家认为可能会存在有多重宇宙。
但至少到现在为止,并没有观测的检验。
当然我们刚刚提到视界,也就是我们能够看到宇宙微波背景辐射极度均匀的地方。
对于这样一个观测结果,也引入了宇宙学当中的疑难,视界的疑难。
视界之外到底是什么呢?