宇宙正在消失,而我们却无法阻止它!

 

宇宙正在消失, 而我们却无法阻止它!

 

 

 

大爆炸之后,宇宙几乎完全均匀,并且在迅速膨胀的状态下充满了物质,能量和辐射。随着时间的推移,宇宙不仅由于重力而聚集在一起聚集在一起,而且各个束缚结构在最大尺度上无情地相互加速。随着时间的推移,令人不安的是,每一个丛都将从所有其他丛林中消失。

自从科学家们首次推测宇宙正在扩张以来,已经有将近一个世纪了,而且星系离我们的距离越远,它就越快退去。这不是因为星系在物理上远离我们,而是因为宇宙充满了引力束缚的物体,而这些物体所在的空间结构正在扩大。

但是这张从20世纪20年代开始影响的图片最近已经修改过了。自从我们第一次意识到这种扩张正在加速之后仅仅20年,随着时间的推移,个别星系似乎会越来越快地从我们身边消失。随着时间的推移,即使我们以光速向它们走来,它们也会变得无法到达。宇宙正在消失,我们无能为力。

 

 

在La Silla天文台看到的银河系,对任何人来说都是一个令人惊叹的,令人惊叹的景象,并提供了我们银河系中众多恒星的壮观景色。然而,在我们的银河系之外,还有数以万计的其他星系,几乎所有星系都在远离我们。

当你看到一颗在你向你走了100年后光线到来的恒星时,你会看到距离我们100光年的恒星,因为它的光速是有限的。但是当你看到一个星系的光线在你向你走过1亿年的旅程之后,你就不会看到距离我们1亿光年的星系。相反,你会看到一个远远超过它的星系!

这样做的原因是,在最大的尺度上 - 那些没有重力束缚在一起形成星系,群体或星团的宇宙 - 宇宙正在扩张。光子从遥远的星系到你的眼睛所需的时间越长,宇宙扩张的作用就越大,这意味着最遥远的星系甚至比它们的光线传播的时间更远。

 

星系越远,它越远离我们越远,它的光越红。今天,随着宇宙膨胀而移动的星系距离它发出的光到达我们所用的年数(乘以光速)的年数甚至更远。RASC卡尔加里中心的LARRY MCNISH

这显示为宇宙红移。由于光以特定能量发射,因此发射特定波长,我们完全预期它将以特定波长到达其目的地。如果宇宙的结构既不膨胀也不收缩,而是恒定,那波长就是一样的。但是如果宇宙正在膨胀,那个空间的结构就像上面的视频所示那样伸展,因此那个光的波长会变长。我们在最遥远的星系观测到的巨大红移已经完全验证了这张照片。

 

像赫拉克勒斯星系团中发现的那些遥远的星系不仅红移而且远离我们,但它们明显的衰退速度正在加速。最终,我们将停止从它们之外的某一点接收光。ESO /国家天体物理研究所-VST / OMEGACAM。致谢:OMEGACEN / ASTRO-WISE / KAPTEYN INSTITUTE

但我们可以做的远远超过确定宇宙已经扩展并继续扩展。我们可以使用我们收集的所有信息来总结宇宙如何扩展其历史,这反过来告诉我们宇宙是由什么组成的。

一旦光线离开遥远的宇宙源,膨胀的宇宙就会拉伸光线的波长。这会导致红移,当宇宙的不同成分(如暗能量,物质或辐射/中微子)更重要时,更远的物体将在更长的时间内发出红光。

 

测量大宇宙距离的两种最成功的方法是基于它们的表观亮度(L)或它们的表观角度尺寸(R),这两种方法都可以直接观察到。如果我们能够理解这些物体的内在物理特性,我们就可以将它们用作标准蜡烛(L)或标准尺(R)来确定宇宙如何在它的宇宙历史中扩展,从而确定它是如何形成的。NASA / JPL-加州理工学院

通过测量一系列距离的源,发现它们的红移,然后测量它们的内在与表观尺寸或它们的内在与表观亮度,我们可以重建整个宇宙的扩张历史。

此外,由于宇宙扩展的方式取决于其中存在的各种物质和能量,我们可以了解宇宙的构成:

  • 68%暗能量,相当于宇宙常数,

  • 27%暗物质,

  • 4.9%正常(质子,中子和电子)很重要,

  • 0.1%中微子和反中微子,

  • 大约0.008%的光子,和

  • 绝对没有别的,包括没有曲率,没有宇宙弦,没有畴壁,没有宇宙纹理等。

 

过去不同时期宇宙中不同能量成分的相对重要性。请注意,当暗能量在未来达到接近100%的数值时,宇宙的能量密度(以及因此的膨胀率)将在任意时间上保持不变。由于暗能量,遥远的星系已经从我们明显的衰退速度加速。

一旦我们知道宇宙是由什么精度制成的,我们可以简单地将其应用于引力定律(由爱因斯坦的广义相对论给出),并确定我们宇宙的未来命运是什么。我们发现的,当我们第一次将它用于发现暗能量占主导地位的宇宙时,令人震惊。

首先,它意味着所有未被引力束缚在我们身上的星系最终会从视野中消失。当宇宙继续扩张,扩张和扩张时,他们会以不断增加的速度远离我们,不受万有引力或任何其他力量的限制。随着时间的推移,一个星系将变得更加遥远,这意味着该星系与我们之间的空间越来越大。由于空间的扩大,由于空间不断扩大,银河系似乎以越来越快的速度向外移动。

 

这里显示的GOODS-North调查包含了一些有史以来观测到的最遥远的星系,其中一些星系的距离是独立确定的。即使我们今天以光速离开,我们已经无法通过此图像拍摄的大量星系。NASA,ESA和Z. LEVAY(STSCI)

但是有一个不可避免的结论,这会导致更令人不安的结果。这意味着,在距离我们特定的关键距离处,空间结构的扩展使得光子能够离开我们的星系朝向远处的星系或者离开一个朝向我们的遥远星系的光子永远不会到达我们。宇宙的膨胀率是如此之大,以至于即使我们以光速移动,遥远的星系也无法到达我们自己的星系!

目前,这个距离“仅”距离大约150亿光年。如果你认为我们可观测的宇宙半径约为460亿光年,并且所有空间区域(平均和最大尺度)包含相同数量的星系,则意味着只有约3%的星系。我们现在可以到达宇宙中的星系总数,即使我们今天离开,也以光速旅行。

 

宇宙中可观察到的(黄色)和可达到的(洋红色)部分,正是由于空间的扩展和宇宙的能量成分所致。我们可观测宇宙中97%的星系都包含在洋红色圆圈之外;即使在原则上,我们今天也无法到达它们。E. SIEGEL,基于WIKIMEDIA COMMONS用户AZCOLVIN 429和FRÉDÉRICMICHEL的工作

这也意味着,平均每天有2万颗恒星从可达到无法到达。他们在一秒钟之前发出的光将在某一天到达我们,但是他们在第二天发出的光永远不会。这是一个令人不安,发人深省的想法,但也有一种更乐观的方式来观察它:这是宇宙提醒我们每一秒都是多么珍贵。正是宇宙告诉我们,如果我们想要超越我们自己的当地群体 - 超越由仙女座星系,银河系和大约60个小型卫星星系组成的引力束缚物体 - 我们每时每刻都会延迟的另一个机会就是丢失。

 

宇宙的不同可能的命运,在右边显示我们实际的,加速的命运。持续的加速确保每个没有引力束缚我们自己的星系最终会远离我们,不仅变得无法到达,而且对我们来说是不可见的。NASA和ESA

在我们今天宇宙中估计的两万亿个星系中,从银河系的角度来看,只有大约3%的星系可以到达。这也意味着,由于暗能量引起的宇宙加速膨胀,我们可观测宇宙中97%的星系已经超出了人类的范围。随着时间的推移,我们当地群体之外的每个星系都注定了同样的命运。

除非我们发展星际旅行的能力并前往其他星系团体和群集,否则人类将永远陷入我们当地的群体。随着时间的推移,我们甚至能够向大宇宙海洋中发出的信号发送或接收信号的能力将逐渐消失。宇宙的加速扩张是无情的,我们所拥有的引力并不足以克服它。宇宙正在消失,我们无能为力阻止它。

宇宙正在消失,而我们却无法阻止它!

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