宇宙只有140亿年历史,为什么我们观察到的宇宙会有920亿光年范围?
到了2011年初,天文学家又一次利用哈勃望远镜,经过对观测数据的反复分析研究,确认发现了一个更加遥远的星系。这个被命名为UDFj-39546284的星系距地球为132亿光年,在对其光谱特性变化进行分析后,天文学家确定该星系诞生于大爆炸后的4.8亿年后。通过和UDFy-38135539的比较来看,UDFy-38135539的红移量为8.55,而UDFj- 39546284的红移量达到了10.3,这也证明了UDFj-39546284距离我们更远。这一发现无疑使我们可以观测到的宇宙历史又向前迈了一大步。UDFj-39546284 成为了至今发现的距离人类最远的星系。 天文学家认为,哈勃望远镜已经被我们用到极致了。要想发现更远更古老的星系,我们需要借助更加先进的设备。美国航空航天局研制的詹姆斯韦伯太空望远镜即将发射升空,它让天文学家看到了希望——找到更远的星系,了解更年轻的宇宙。
关于宇宙有一些基本的事实——它的起源,它的历史,以及它今天的样子——我们每个人都多少了解一些。
这其中一个众所周知的事实就是宇宙大爆炸或者说是宇宙诞生于138亿年前。我们也能够大概描述我们今天所知道的宇宙:充满物质和辐射,以及最终成长为恒星、星系、行星和人类的成分。
既然宇宙诞生时间知道了,那么我们能看到多远?你可能会想,在一个被光速限制的宇宙中,那将是138亿光年:宇宙的年龄乘以光速。但是138亿光年实在是太小了,不足以成为正确的答案。
事实上,我们可以在所有方向上看的到460亿光年远,这个可见宇宙球,其总直径为920亿光年。
为什么会这样?我们可以用三种直观的方式来思考这个问题,但是只有其中一个是正确的。
这是大多数人的“默认”模式。你可以想象一个到处都是恒星和星系的宇宙,这些恒星和星系现在的状态和宇宙开始的状态非常接近。因此,我们等待的时间越长,我们就能看到的越远,因为光以光速沿着直线传播。所以在138亿年之后,你预计能看到大约138亿光年,即使有误差,也仅仅是减去恒星和星系在大爆炸后形成的时间。
这增加了问题的另一层;不仅有大量的物质可以发光,而且这些发光的物体可以相互移动。因为它们可以根据狭义相对论的规则移动到(但不完全是)光的速度,而光以光速向你移动,你可以想象在第一种情况下会看到两倍的光。假设它们的光现在到达我们这里,它们以接近光速的速度离开我们,也许现在的可视宇宙可以达到276亿光年。
这最后一层是违反直觉的,大多数人都是最难理解的。是的,空间充满了物质,它会迅速聚集成恒星、星系甚至更大的结构。是的,它所产生的光都是以光速在真空中传播。而且,所有这些物质都能在太空中移动,这主要是由于不同的高密度区域相互吸引。所有这些都是正确的,就像在第二种情形中一样。