其實討論這個話題會讓大家比較喪氣,我們先定個調(diào),根據(jù)當(dāng)前對宇宙的觀測表明,對于遙遠(yuǎn)宇宙的某處以外,我們可能永遠(yuǎn)都看不到,很多朋友可能會很好奇,我們抬頭就能看到無限遙遠(yuǎn)的星星,還有我們看不到的星星嗎?
要解釋這個問題其實比較簡單,因為肉眼并沒有所謂的“眼光”,只是光子通過晶狀體匯聚到了視網(wǎng)膜,而在這之前光可能已經(jīng)花了數(shù)億年甚至數(shù)十億年的時間來到了地球上,只等你回眸的一瞬間,你想想是不是該淚奔?
關(guān)于這個瞬間看到星星的問題,天文學(xué)家奧伯斯在1823年提出提出過,宇宙是穩(wěn)態(tài)而且是無限的話,應(yīng)該沒有白天與黑夜之分,因為無限的光子到達(dá)地球,不應(yīng)該是白天嗎?關(guān)于這個問題后來有解釋了:
宇宙中的天體不是無限的
宇宙不是穩(wěn)態(tài)合適加速膨脹中
恒星距離地球遠(yuǎn)近不一,光子到達(dá)有時間差
這三條讓我們得以了解到,奧伯斯提出的問題中為什么有白天黑夜之分了。
關(guān)于“看”這個定義其實是比較尷尬的,因為我們并不是看到,而是光子到達(dá)了望遠(yuǎn)鏡的CCD或者肉眼,給我們的錯覺就是看到了,但在光子到達(dá)前或者還沒來得及到達(dá)時,我們就看不到!事情就簡單了,我們只要找出宇宙最早的光子是什么時候發(fā)出的就知道了。
可見光波段我們“看”到了多遠(yuǎn)的天體?
上圖是2016年3月在“北部星系深空巡天調(diào)查”中發(fā)現(xiàn)的一個高紅移星系GN-Z11,這是目前觀測到的最古老,最遙遠(yuǎn),紅移值最高的天體,它的紅移值z=11.09,大約位于320億光年以外。它大約形成于宇宙誕生后4億年的134億年前,這也許有些不好理解,但只要各位知道我們現(xiàn)在看到的光是它在134億年前發(fā)出的,而現(xiàn)在它已經(jīng)跑到了320億光年以外即可。
可見光波段我們看到的極限距離是多少?
GN-Z11位于134億光年以外(當(dāng)時),那么我們能看得更遠(yuǎn)一點嗎?答案是肯定的,但宇宙誕生到恒星誕生有一個時間差,GN-Z11可能是最早的星系了,再往前可能就是宇宙的黑暗時代,那我們啥都看不見了?
其實完全不是,因為大爆炸的輝光仍然存在,從大爆炸理論來看,宇宙在誕生的37.9萬年之后光子脫耦才形成了輻射在宇宙中傳播,也就是說理論上來看,大爆炸后的余暉我們在理論上是可以看到的,如今觀測到的宇宙微波背景輻射就是大爆炸37.9萬年時景象(可見光已經(jīng)被高速膨脹的宇宙直接頻移到了微波波段)。
大爆炸37.9萬年時,這個余暉才膨脹到了4200萬年光年,但到如今它已經(jīng)在距離我們461億光年以外,在大爆炸余輝的背后,光子是無法穿透的,簡單的說,我們的可見光(電磁波)觀測手段到此為止,無能為力了!
答案是肯定的,現(xiàn)代天文除了電磁波這個手段以外,還有中微子,引力波這兩個手段,兩者在大爆炸時誕生的時間不一樣,所以理論上我們觀測到的距離也不一樣。
中微子脫耦發(fā)生在大爆炸發(fā)生有1秒
引力在大爆炸后的第一個普朗克時間即誕生
因此假如能觀測到大爆炸誕生的原初中微子,那么它們將攜帶宇宙誕生約1S時的信息,這可以讓我們摸到了大爆炸的門口了,但要更進(jìn)一步,也是不可能了,因為這將和電磁波領(lǐng)域碰到的問題一樣。
而引力似乎有兩種說法,前者是引力誕生于第一個普朗克時間,后則是引力子在10^-36S時脫耦,如果是引力子的說法,那么我們大概在理論上能觀測到大爆炸發(fā)生后10^-36S時的狀況,此時距離暴脹已經(jīng)開始(10^-37S起暴脹,在10^-32S時結(jié)束。
當(dāng)然無論是哪種我們都將窺探到大爆炸發(fā)生時的場景,各位激動嗎?終于有一種手段可以摸到大爆炸正在發(fā)生的那一刻了。
因此最關(guān)鍵的就是引力波天文臺,LIGO和VIRGO探測到了引力波這大家都知道,但這只是黑洞合并的引力波,距離也就1.3億光年,但距離并不是關(guān)鍵,而是波長,引力波是一種振幅小,頻率極低的信號,它的波長長度超過想象,比如:
超新星引力波波長一般為300米
雙黑洞引力波波長幾百千米到幾千千米
大爆炸誕生時的引力波波長可能高達(dá)10光年
大家都知道波長越長天線規(guī)模越大,而LIGO的天線規(guī)模只有4千米,但各位要知道激光束在這4千米范圍內(nèi)往復(fù)多次以增加距離來變相達(dá)到大規(guī)模天線,但這不可能一直以此增加距離,必須要更大規(guī)模的天線規(guī)格,比如正在建設(shè)中天琴空間引力波天文臺。
未來的引力波天文臺將以環(huán)太陽軌道的規(guī)模來探知引力波,這是未來的探測手段,在現(xiàn)在看來這是唯一有可能獲取到大爆炸信息的探測手段。
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