一个宇宙未解之谜,科学家承认:我们可能永远不知道答案

2023-03-17 18:54:56 来源:魅力科学君

宇宙的浩瀚与神秘,令我们为之深深着迷,同时也激发着我们对于探索和认识宇宙的渴望,然而在探索宇宙中的过程中,我们却遇到了不少难以解释的谜团,其中的一些甚至还超出了我们能够理解的范畴。比如说“宇宙有多大”这个几乎每个人都曾思考过的问题,其实就是一个宇宙未解之谜,甚至连科学家也承认,我们可能永远不知道答案。

通常来讲,我们想要知道一个物体的大小,只需要观测一下它的全貌就可以了,但对于宇宙而言,我们却无法用这种方法来知道它的大小,为什么呢?两个原因:1、宇宙一直在膨胀;2、光速是有限的。为了方便理解,我们不妨来用一个简单的思想实验来进行说明。


(资料图)

假设有一把5厘米的尺子,现在它因为某种原因在1秒钟之后均匀地膨胀了到了原来的两倍,在这把尺子膨胀之后,它的刻度就会随之互相远离,刻度之间的距离越远,其远离的距离就越大,比如说“0”和“1”这两个刻度在膨胀后相互远离的距离为1厘米,而“0”和“5”这两个刻度在膨胀后相互远离的距离为5厘米。

现在假设这把尺子一直在以这种速率膨胀下去,那么尺子上的刻度就会以一定的速度相互远离,而随着膨胀过程的持续,尺子上不同的刻度之间的距离就会越来越远,如此一来,它们相互远离的速度也会随之越来越快。

实际上,科学家早已发现,宇宙就是处于一种持续膨胀的状态,所以宇宙空间中任意不重叠的两个点,都会因此具备彼此远离的速度,这也被称为“退行速度”,从上述的思想实验可知,距离越远,“退行速度”就越快。

根据科学家的观测,宇宙空间中两个点的距离每增加1百万秒差距,其“退行速度”就会增加67.80(±0.77)公里/秒,1百万秒差距大约为326万光年,据此我们就可以计算出,当宇宙空间中两个点的距离达到了大约144亿光年,其“退行速度”就会达到光速。

我们都知道,光速是有限的,假设在距离144亿光年的位置上有一个天体,现在它向地球发出了一束光,那么这束光就会以光速向我们前进,然而在宇宙膨胀的驱动下,这束光的“退行速度”也会达到光速,这就意味着,这束光同时也在以光速远离我们而去,在这种情况下,它就永远无法抵达地球。

显而易见的是,如果这个天体与我们的距离进一步加大,那么其“退行速度”还会超过光速,在这种情况下,它所发出的光线就会离我们越来越远,同样也永远无法抵达地球。

需要知道的是,当我们观测到宇宙中的某个天体时,其实是我们捕获到了来自这个天体的光线,所以一个简单的道理就是,如果一个天体发出的光永远无法抵达地球,那我们就永远观测不到这个天体。

正是因为如此,我们就只能观测到宇宙中的一部分区域,而宇宙的全貌到底是什么样子,我们根本就无法知道。也就是说,我们是无法通过实际观测来知道“宇宙有多大”这个问题的答案的,怎么办呢?或许,我们还可以去猜。

假如宇宙是无限大,那么其中的物质和能量也会是无限多,这样的无边无际、没有尽头的宇宙是我们无法理解的,反过来讲,如果宇宙的大小是有限的,宇宙就会存在一个边界,那么这个边界的外面是什么呢,是什么都没有的虚空吗?很明显,我们也无法理解这样一种没有任何物质和能量,甚至连空间都不存在的“虚空”。

假如宇宙边界的外面存在着更加广阔的区域,那这片区域有没有边界呢?如果说没有边界,那我们依然无法理解,而如果有的话,就会迎来一个“无限套娃”式的问题,即:宇宙边界的外面区域的边界外面是什么,宇宙边界的外面区域的边界外面区域的边界外面是什么……

更重要的是,宇宙通常被定义为是“所有的空间和时间及其内涵”,据此我们可以认为,如果宇宙边界的外面真的存在更加广阔的区域,那这些区域就还是属于宇宙,然而如果这样说,这些区域也就不能称之为“宇宙边界的外面”……

可以看到,我们甚至无法通过思维的方式去理解宇宙的本质,正是因为如此,“宇宙有多大”这个几乎每个人都曾思考过的问题,就成了一个宇宙未解之谜,而我们可能永远都不会知道答案。

好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。

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