在宇宙中对于观察者来说 , 所有的空间都在膨胀 , 除了最近的星系之间 , 星系之间的重力约束作用会减缓这种膨胀 。 空间内的物体移动变化看起来会比光速快 , 但实际上移动的是空间而不是物体本身 。 另外物体运动也不可能超过光速 , 这种空间尺度的膨胀即便是光速也无法追赶 。
这种变化最终将会导致远离视界的天体会变得无法观测 , 因为光速没能突破这种距离变化 , 从而限制了我们可观测宇宙的大小 。 这种限制除了空间本身 , 还有粒子视界 。
粒子视界影响下的宇宙
粒子视界是科学家观测宇宙的一个重要手段 , 它表示来自粒子的光可以传播到观察者的最大距离 , 代表了宇宙可观测区域和不可观测区域的边界 。 因此它在当前的宇宙研究中 , 定义了可观测宇宙的大小 。
现今的大爆炸理论下的宇宙是目前主流的宇宙模型 , 在此模型下 , 有一个共移距离 。 宇宙学家在定义物体之间距离的两个密切相关的距离度量时 , 使用了共同移动距离和适当距离来表示两个物体的变化 。
适当距离大致对应于遥远物体在标准宇宙模型时间中 , 特定时刻所处的位置 , 由于宇宙膨胀 , 它会随时间变化而变化 。 但共移距离会影响宇宙的膨胀 , 表现出一个不会因空间膨胀而随时间变化的距离 。
因此 , 就共移距离来讲 , 粒子视界等于共形时间 。 对于粒子视界而言 , 由于宇宙的膨胀 , 它还不仅是宇宙年龄乘以光速 , 而是光速乘以共形时间 。 随着时间的流逝和共形时间的增长 , 粒子视界不断后退 , 这也导致我们观测到的宇宙大小总是在增加 。
现在让我们回到宇宙膨胀上来 , 随着时间的推移 , 构成宇宙的空间就会出现更多变化 , 包括空间中的物质和能量 。 如果我们把宇宙假设成拓扑模型 , 早期宇宙暴胀模型的证据也暗示着“整个”宇宙比可观测宇宙大得多 。
所以任何边缘或者奇异几何形状或拓扑都不能被直接观察到 。 因为光还没有达到宇宙的这些地方 。 因此 , 我们也可以假设在宇宙空间范围内它是无限大的 , 没有边缘或者其他连通性 。
综上所述 , 我们从宇宙大爆炸理论下的宇宙模型到宇宙暴胀理论中可以基本地了解这些变化 , 出于这种膨胀和粒子视界变化 , 我们的可观测宇宙显得微不足道了 , 小得就如同原子一般 。 从视界消退方面看 , 我们会变得越来越“小” , 宇宙整体的膨胀使空间距离越来越大 。
直到今天 , 宇宙仍然在不断地膨胀中 , 可观测宇宙中的结构显得非常奇特 。
宇宙膨胀后带来的变化
宇宙结构从恒星水平开始 , 然后星系群 , 再到星系团、超星系团 。 它们彼此之间还有薄片状结构以及藤曼 。 这其中的空隙非常巨大 , 并最终形成了一个巨大的泡沫状结构 。
科学家通过宇宙微波背景辐射以及红移变化对宇宙模型进行了一种基本构建 。 宇宙膨胀在未来还会形成超大的空洞 , 超星系团之间会存在数十亿光年的间隔 。
如今我们能够确定的最遥远天体是GN-z11星系 , 该星系在130亿年前就发生了爆炸 , 我们如今观察到的是遥远的过去 , 同时也是确定为最远的观测天体 。
未来的宇宙观测将会处于一个加速变化的宇宙中 , 而且会出现不可观测事件 。 它们会在空间上被分开 , 对于某个参考系来讲 , 即便它们与我们现在的时间同步发生 , 也不会有任何信号会到达地球 。
人类在宇宙中观察到的一切都是来自遥远过去的回音 , 我们身处在如原子般大小的宇宙中 , 在现在对未来进行预测 , 却在过去发现未来 , 时间和空间的跨度把现实变得奇异 。
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