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爱因斯坦的相对论表明 , 光速是这个宇宙中最快的速度 , 既然宇宙的存在时间是138亿年 , 那么 , 我们最远看到的距离就是138亿光年 , 这是否意味着宇宙的尽头就在138亿光年之外呢?
【已知465亿光年是宇宙的尽头,那么宇宙外面是什么?所有的星系都在离去】宇宙一开始非常小 , 巨大的能量聚集在一起 , 使得温度非常高 , 物质都是处于等离子体状态 , 那时的宇宙中没有自由光子 。 因为在致密并且高温的早期宇宙中 , 光子与带电粒子相耦合 , 光子无法在等离子体中穿行 , 所以早期宇宙是完全不透明的 。
到了37.9万年之后 , 空间膨胀到足够大的范围 , 物质和能量分散开来 , 宇宙冷却下来 , 原子核与电子结合成了中性原子 。 光子与带电粒子退耦 , 宇宙中发出了最早的一批光子 。
一开始 , 宇宙最早的光子具有很高的能量 , 波长很短 , 对应的温度估计可达2700 ℃ 。 但由于后来空间持续膨胀 , 并且在宇宙诞生90亿年后还开始加速膨胀 , 导致这些光子的波长大幅拉长 , 温度大幅下降 。
在如今的宇宙中 , 我们还能接收到来自138亿年前的光子 , 它们已经处于微波波段 , 温度也只有-270.42 ℃ , 只高出最低温度绝对零度不到3度 , 这些光子被称为宇宙微波背景辐射 , 这是宇宙大爆炸理论的一大关键证据 。
当我们回溯宇宙时间 , 最终只能看到宇宙微波背景辐射 , 当年发出这些光子的区域被称为最后散射面 。 更早之前的宇宙始终被挡住 , 我们无法通过光学手段看到宇宙大爆炸发生不久后的景象 。
由于空间的膨胀不受相对论限制 , 速率比光速还快 , 这使得我们所能观测到的宇宙距离远远大于138亿光年 。 根据Λ-CDM模型 , 结合宇宙微波背景辐射的观测数据来计算 , 最后散射面已经退行到465亿光年之外 , 这是我们所能观测到的宇宙尽头 。 那么 , 在这之外究竟还有什么呢?
在宇宙诞生之后37.9万年 , 那些能够到达后来地球诞生所在位置的最远光子距离为4200万光年 , 这是当时的可观测宇宙大小 。 而当时的整个宇宙半径远超4200万光年 。
经过138亿年的空间膨胀过程 , 可观测宇宙半径已经从当时的4200万光年 , 扩张到如今的465亿光年 , 而整个宇宙将会扩张到更大的范围 。 465亿光年只是当初最后散射面所在位置在如今与地球相隔的距离 。
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