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66662月前
科学家更细致地观察宇宙时,他们注意到一件怪事,无论我们朝哪里看,宇宙都非常均匀。在宇宙最古老的光——宇宙微波背景中,温度起伏非常微小,而且几乎各向同性。而基本的大爆炸模型说宇宙中相隔极远的区域彼此从未接触,如此高的平滑度就显得反常。要破解这个谜,暴胀给出了优雅的解答:在暴胀之前,宇宙要小得多,所有区域彼此靠近,能互相沟通,交换热和能量,达到同一温度。随后在转瞬之间,暴胀把这片微小而均匀的区域拉伸成广袤无垠,如今相距数十亿光年的区域曾经是邻居,我们今天看到的均匀性,实际上是那早期热平衡的一个被拉伸的快照。 另一个被暴胀解决的谜题是平直性问题,观测显示从整体几何上看,宇宙非常接近平直。如果你在横跨数十亿光年的尺度上画一个三角形,其内角和依然是180度,就像在一张纸上。但广义相对论允许早期宇宙具有任意曲率,若想让它今天看起来这么平,起初就必须被荒谬地精细调节,除非有哪种过程能自然而然把它抹平,暴胀恰好做到这一点,快速扩张把大尺度的空间抹平,消弭了起伏与皱褶,这有点像把曲面气球的某个小块无限放大。 不过暴胀不止是解决了难题,它还播下了万物的种子。在快速扩张期间,微观尺度上能量的细微量子涨落被拉伸到宇宙尺度,这些涨落转化为微小的密度差异,有些区域比别处仅仅略微更致密。在数十亿年里,引力把这种差异不断放大,把物质拉成团块,形成了星系、恒星,最终形成行星,没有暴胀,宇宙可能太过光滑,无法形成任何结构。 那么这个暴胀究竟如何发生?理论认为在宇宙最初时刻,空间充满了一种奇特的能场,常被称作暴胀场,把它想象成一个停在山顶的球,当球保持在顶端时,它的能量驱动了快速的指数式膨胀,最终球滚下进入更低能态并释放能量,这种释放把宇宙加热,充满活力,形成我们传统所说的大爆炸的热致密状态。从这个意义上讲,多数人想象中的那次热与光的大爆炸,其实发生在暴胀结束之后,其时间尺度几乎超越想象,暴胀很可能发生在宇宙诞生后约10^-36到10^-32秒之间,在那极小的一瞬,宇宙的尺度至少扩大了10^26倍,从小于一个亚原子粒子成长为远大于我们整个可观测宇宙的规模,然后它又同样突然地停止,留下我们继承的这个均匀平直,但略带密度涨落的宇宙。 最迫切的问题是,是什么引发了它?为何一开始会有一个暴胀场?它又为何在此时神奇停止?甚至有观点认为暴胀可能从未真正完全停止,“永恒暴胀”的想法指出暴胀在某些地方停了,但在
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可观测宇宙,直面绝望 人类被光速永远限制在一个极限球体空间里,这就是直径930亿光年的可观测宇宙。基于宇宙大爆炸模型和138亿年的宇宙年龄,通过测量宇宙微波背景辐射的曲率,我们确定了可观测宇宙的半径:465亿光年。这意味着,从地球出发,我们所能接收到的所有电磁信息的边界,构成了一个直径930亿光年的球体。人类的星际探索先锋旅行者一号,以每秒17公里的速度飞行了47年,距离仅为22光时。而要飞出太阳系的引力边界奥尔特云,它需要3万年。太阳系,这直径约2光年的家园,在直径10万光年、包含数千亿恒星的银河系中,不过是一粒看不见的尘埃。而银河系,隶属于本星系群,后者又归于室女座超星系团,并最终锚定在直径达5.2亿光年、包含约10万个星系的“拉尼亚凯亚”超星系团之上。这片巨大的宇宙纤维状结构,在可观测宇宙的宏观网络中,也仅仅是一个节点。据科学家预估,有超过2万亿个星系分布在这浩瀚的可观测宇宙的每个角落,人类和地球连尘埃都算不上。而更绝望的是,我们可能永远无法窥其全貌,注定被困于光速设定的囚笼,而可观测宇宙以外,我们更是一无所知。但人类从未停止探索这片未知的漆黑深空,正是这份勇气,为我们这尘埃般的存在,赋予了足以直面整个宇宙深渊的、恒星般的尊严。#探索宇宙 #顶级视觉盛宴 #可观测宇宙
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