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宇宙的盡頭在哪?科學家發現的最遠天體,能被認定為「邊緣」嗎?
2023/07/31

「星點點,月團團。倒流河漢入杯盤。」「迢迢牽牛星,皎皎河漢女」,這些美好的詩句,都是古代人們對繁星點點的美好想象。

隨著科技的進步,人們從未停止對宇宙的探索,那麼宇宙中的星星到底是一個怎樣的存在,宇宙到底有沒有盡頭呢?如果說宇宙是有盡頭的,那麼它的外面是什麼呢?這是極其重要的宇宙學問題,歷代科學家都積極地加以探索,力爭給出比較合理的解釋。

宇宙學說

剛開始人們認為宇宙是有邊界的,所謂天圓地方,宇宙也是在一定空間內的,這個時候出現了哥白尼的太陽中心學說。

後來,人們開始逐漸接受宇宙是無邊說,宇宙無邊說把宇宙想象成一個三維無限的歐幾里得多向空間,也就是說,朝著上下、左右、前后這6個方向都可以永遠走下去,以至延伸到無窮遠。這種觀點在與中世紀宗教神學的斗爭中,曾起過非常積極的作用,但它跟亞里士多德的學說一樣,都是沒有被證明的科學假說。

再後來,很多科學家開始思考和研究宇宙是不斷膨脹的,并提出了宇宙膨脹論。既然宇宙是膨脹的,那宇宙是如何膨脹的呢?

1948年,伽莫夫提出了大爆炸宇宙學。這個學說認為,宇宙最初形成之時密度和溫度都很高,所以極易引發爆炸,在爆炸發生的瞬間,釋放大量能量,宇宙的溫度和密度都會急速下降到之前的1/3。1967年,宇宙微波背景輻射的發現,為大爆炸宇宙學模型提供了有力的支持。

宇宙的組成

自古以來人們對宇宙產生了無窮無盡的遐想,隨著科技的發展,觀測手段的不斷進步,人類對宇宙的了解已日益加深。那麼,宇宙里都有什麼呢?

現在人們已經知道宇宙是由無數的星系、星團所構成的,那又是什麼組成了星系、星團呢?這就包括了我們平時仰望星空看到的恒星、彗星、行星及少數特殊星體。那像恒星、彗星、行星等這些星體的主要成分又是什麼呢?這就就到了我們都能理解的層面,各種星體的組成可以稱之為分子。

眾所周知,原子組成分子,原子核和運動電子及超子由組成了原子。在宇宙中,在一定的條件下,很多物質之間都可以發生化學反應,也就是說幾種分子中的原子會重新組合而生成其他分子;很多物質也會出現衰變,也就是說它會失去質子、中子或電子而變成其他物質。在宇宙中每天都會有一些恒星、行星、彗星等星體從它們所在的星系中消失。

根據宇宙爆炸學說,宇宙自從發生爆炸后,溫度和密度都急劇下降,據文獻記載,宇宙目前的密度大約僅有9.9×10-_L克/立方厘米,屬于密度極小的范疇,而通過觀測和探索,目前宇宙的組成中有大部分是暗能量,約占73%,23%為冷暗物質,剩下的4%才是普通物質。

宇宙邊界推測

假如我們有機會到太空去旅行,就會發現我們一直生活在以「地球」命名的宇宙飛船上。我們常用的觀察和丈量工具眼睛和尺子在宇宙空間中是無法使用的,一般只能通過天文望遠鏡來觀察,而在宇宙中普通的計量單位是遠遠不能滿足要求的,在宇宙中普遍使用的丈量單位是光年。

1988年有兩個對宇宙探索極其重要的人出現了,他們就是宇宙望遠鏡科學研究所的喬治·麥里和美國約翰斯·霍普金斯大學的錢伯斯,經過兩人的不斷研究和探索,他們發現了編號為4G41. 17的天體,通過模型計算,得出這個天體離地球的距離大約是117億光年。

這一發現刷新了人們能夠觀測到的宇宙最遠距離,從前人們認為離地球最遠的星體是編號為0902 +34的天體,它到地球的距離大約為是115億光年。專家們認為4G41. 17便是目前人們所能夠「看到」的宇宙的「盡頭」。此外,還要考慮到,光和電波以每秒約30萬千米的速度傳播。離地球117億光年的4G41. 17發現的光和電波經過了117億年才達地球。

因此我們看到的是117億年前的4 G41.17的樣子,現在這個星體是什麼樣子,恐怕早已物是人非了。

當然知識探索是無止境的,現在受科技發展水平和觀測工具的限制,我們最多只能觀測到4G4.17星體,也就是距離地球117光年遠的距離被我們認為是宇宙的盡頭,但這并不意味著沒有更遠的星體。

為了加強對宇宙的進一步探索,人們不斷的研制新的觀測裝備,有直徑為4米的大型望遠鏡,紅外線攝像機、CCD(電荷耦合器件)攝像機等,這為發現新的、距地球更遠的星系提供了可能性。

現在人們正致力于觀測和尋找距離地球大約125億光年的星系。如果真的觀測到,就可以證明星系是在宇宙誕生后的5億年前就形成了。

但是到目前為止,雖經過各代科學家的種種努力,仍然不能發現比120億年更早形成的星系,也許是宇宙誕生10億年前后產生的大量「宇宙塵」,使人們無法看見已經形成的星系。

但是人們對宇宙的探索和研究從未止步,無論如何,人們總是想找到宇宙的「盡頭」。面對探索宇宙邊界的未來,或許當觀測技術進一步提高,觀測比[4G41.17]更遠的天體,精密地求出其氣體的化學組成將成為可能。這樣一來,我們就能夠更好的研究和探索宇宙的奧秘,到時候我們也就能夠發現真正的宇宙的「盡頭」吧!

宇宙死亡

在了解了宇宙是如何產生及邊界推測之后,我們自然而然會思考宇宙將會以何種方式終結。最后會發出「呼」的一聲巨響還是在悄無聲息中消逝?

答案取決于宇宙中到底有多少物質如果宇宙中有足夠多的物質,那麼引力最終將占據主導地位,宇宙的膨脹將停止,并逐漸收縮,這將導致所謂的「大擠壓」。而且這可能反過來引發另一次大爆炸,這一想法令哲學家、天文學家和科幻迷們興奮不已。事實上,我們并不能確定我們所在的宇宙是來自第一次宇宙大爆炸。

然而,更具可能性的是宇宙中沒有足夠多的物質讓引力將全部物質拉回到一起,因此宇宙將會持續膨脹。最終,所有的能量將消散,等同于宇宙死亡。但是別擔心,宇宙的終結在短期內是不會發生的。

宇宙的死亡是由其所構成的星系的消亡逐漸累積的,星系由開始的不穩定,到中期的燃料枯竭,再到最后的崩塌。宇宙中所有星系一個一個經歷這個過程。有些恒星(如超新星)死得尤為壯觀。

其內核先發生驚心動魄的塌縮,將自身炸成碎片,釋放出巨大的能量。炸成的碎片被高度濃縮的物質吸引,這種高速濃縮的物質壓力非常大,能夠將原子向內激發,形成中子。有的恒星甚至不能形成中子,而是自身收縮,變成黑洞。

恒星燃盡之后剩余的殘骸在星系中游蕩,時時發生碰撞黑洞會吞沒任何恒星以及它所遇到的物質(包括光)。也就是形成宇宙中心黑洞,這樣一來,黑洞將會越變越大。在極長的時間里,恒星殘骸會越來越靠近星系中心,最后被那永遠吃不飽的黑洞吞沒。

有些死星卻能逃離這一厄運,這是因為它們幸運地撞上了其他的恒星,這些恒星將它們撞出星系,成為范范天涯的空間中的孤獨的漂泊者對于這些漂泊者來說,逃脫只是暫時的,包括未被黑洞吸入的氣體和塵埃。大約1032年之后,它們的核物質就會蒸發干凈。一切固體物質就這樣分解了。

許多物理學家認為,宇宙(一切空間、時間、物質誕生于大爆炸;他們也同樣認為,宇宙消失于大崩塌。消失于大崩塌就是完全的漂滅,地點沒有了,時刻沒有了,什麼東西都沒有了。

當存在的一切都死于引力的無限的毀滅力量時,就有了最終的「奇點」,然后就再也沒有什麼了。引力曾是宇宙的接生婆,引力也是宇宙的送葬者。

結語

人們對宇宙世界的未知還有很多。什麼是黑洞,黑洞里有什麼?隨著對宇宙認識的加深,人們開始探求宇宙的新領域,宇宙中存在反物質嗎?宇宙中存在外星生命嗎?所有的這些宇宙的奧秘都在等待著我們一一去探索。

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