天文學家認為，宇宙並不是無限大的，在邊界之外還有什麼？【宇宙觀察】

在天文學上有個概念叫可觀測宇宙 指的是人類能觀測到的極限宇宙範圍 但它只是全宇宙的一小部分而已 有一種理論認爲 在可觀測宇宙的外面 還有一個平凡不起眼的宇宙 那裏的星系分佈和構造 和可觀測宇宙完全相同 但這種情況的幾率是非常低的 因爲根據愛因斯坦的廣義相對論 我們的宇宙時空在無限遠的地方 是閉合狀態 整個可觀測宇宙因此也呈現球體形態 我們就在這個球的中心 並且光也會沿着時空完全造成的側地線飛行 這就導致可觀測宇宙不存在邊緣 即使飛船從地球出發後到達了太空的邊界 它最終還是會回到一開始出發的地點 在這種時候方向是無關緊要的 就跟飛出地球必須要達到第一宇宙速度一樣 飛出宇宙也可能需要一個比光速更快的速度纔行 一些比較激進的科學家們認爲 真實的宇宙比可觀測的宇宙更小 也就是說我們所看到的最遙遠星系 其實是一個分身 宇宙盡頭的星系A、B和C 實際上存在的也只有A而已 剩下的都是引力透鏡現象引起的宇宙層面的海市蜃樓 最後一種關於宇宙邊界的理論 同時也是最怕的理論 被稱爲僞真空 簡單來說 我們現在的可觀測宇宙並不是真空狀態 而是一個能級比較高的區域 就像一鍋廢水裏單獨隔離出來的一小塊涼水區一樣 這種特殊的情況本質上是不可持續的 科學家們推測 真實的宇宙可能是一片真空海 而假的真空則是漂浮在那片海洋中 也就是說 各個可觀測宇宙就像氣泡一樣漂浮着 甚至每個可觀測宇宙都起源於一次次獨立的大爆炸 每個宇宙說不定都有自身獨有的定律和物理常數 它們的定律和物理常數與我們宇宙的不同 所以我們宇宙的物質也就不可能存在於其他宇宙 從外部觀察者的角度來看 每個宇宙都是以事件世界爲區隔界線 也就是一種很類似黑洞的存在 史蒂芬·霍金在晚年曾提出了一個非常有趣的見解 他認爲 可觀測宇宙很有可能是其他不知名結構的投影 這裏涉及到了量子物理 簡單地說 從大爆炸中誕生出來的並不是我們的宇宙 而是它的主體被投射到了外太空之中 也就是說在可觀測宇宙的外面 還有一個宇宙的主體 但我們不知道它的真實身份是什麼 總體來看 宇宙之外和黑洞內部一樣 對我們來說都是黑箱狀態 因爲光作爲我們宇宙中的信使 無法進入可觀測宇宙 也無法離開黑洞 所以在未來相當長一段時間內 不論是哈勃望遠鏡還是韋伯望遠鏡 都不可能解開宇宙之外這個未解之謎 宇宙的百分之一已經被黑洞吞噬 在全宇宙範圍內 天文學家估計有數千萬億顆黑洞存在 它們加起來已經吞噬了宇宙總質量的百分之一 而在直徑930億光年的可觀測宇宙裏 至少存在數十萬億顆黑洞 除了兩萬億個星系中心的超大質量黑洞外 剩下都是恆星級黑洞 最可怕的是它們不是靜止的 有相當一部分都屬於流浪黑洞 天文學家甚至認爲 在太陽系2.2億年的公轉週期裏 未來有可能碰見銀河系裏的流浪黑洞 給地球帶來滅頂之災 此刻在距離地球數十億光年的宇宙深處 就有一個星系中心的超級黑洞的噴流對着太陽系 只不過由於時差和太陽系本身的運動 地球纔沒來得及受到影響而已 理論上來說 如果全宇宙的所有黑洞 始終都在吞噬物質 並且互相融合的話 最終整個宇宙範圍內 就將只剩下一個黑洞 不存在其他任何物質 還有物理學家認爲 可觀測宇宙本身就是一個黑洞 因爲它的諸多性質都和黑洞完全一樣 比如黑洞內無法看到黑洞外 可觀測宇宙內也看不到可觀測宇宙之外 黑洞有一個能和外界適聯的事件世界 可觀測宇宙本身又何嘗不是一個 半徑465億光年的事件世界 在愛因斯坦的廣義相對論中 黑洞是時空結構被極端扭曲的產物 由於光都無法從黑洞中逃脫 所以我們不可能知道黑洞裏面有什麼 但由於超大質量黑洞的潮汐力很弱 甚至都不足以撕碎飛船和裏面的成員 因此 天文學家認爲 駕駛飛船進入超大質量黑洞內部 是可行的 星際穿越 裏 就實現了這個設想 至於黑洞內部 有人認爲是高維度空間 也有人認爲是通往另一個宇宙 甚至還有人認爲 黑洞內部就是蟲洞 會把我們傳送到宇宙中的另一個地方 但這一切都屬於未解之謎 在目前和未來相當長一段時間內 黑洞都將對我們保持黑箱狀態 大約37.5億年後 仙女座星系 就會和銀河系合併 雖然它現在 距離我們還有254萬光年 但宇宙膨脹的力量 並不足以戰勝這兩個星系彼此的引力 因此 在星系普遍遠離地球的情況下 仙女座星系 還能不斷靠近銀河系 最終 這兩個星系中心的超大質量黑洞會合並 兩個星系加起來 根據廣義相對論的預測 黑洞和中子星這種天體 在互相碰撞時 會引發劇烈的時空波動 形成一種被稱爲引力波的現象 並且 這種引力波 是犧牲黑洞的質量發出來的 兩個50倍太陽質量的黑洞 融合形成的新黑洞 可能只剩下80個太陽質量的 剩下的20個太陽質量的能量 都被引力波傳遞到了宇宙中的其他地方 總體來看 雖然目前宇宙中的黑洞數量還在增長 但太陽系內 並沒有能變成黑洞的天體 太陽的質量 只能變成一顆白矮星 除非質量體積更小的原初黑洞 真的存在 否則距離太陽系最近的黑洞 都只會在幾千光年外 仙女座星系 正在以每秒140公里的速度 靠近銀河系 最快37億年後 它們就會相撞 太陽系和地球 到時候 有可能因爲引力混亂被甩出去 變成流浪地球 作爲本星系群裏最大的星系 仙女座星系的規模 比銀河系大得多 內部有一萬億顆恆星 與銀河系一樣 仙女座星系 也有一個獨特的圓盤 和幾個清晰可辨別的螺旋臂 絕大部分恆星 都分佈在不同的旋臂上 有趣的是 仙女座的星系核 似乎是雙重的 天文學家可以清楚地看見 兩個大小不同的結構 它們之間的距離 大約是五光年 比較小 又較暗淡的結構 是被稱爲P2 它看起來 似乎是仙女座星系的真正中心點 這個位置 存在着一個超大質量黑洞 不過目前還沒辦法確定它的質量 但從星系的體量來看 至少應該是太陽的數千萬倍 要知道 我們銀河系中心的超大質量黑洞 僅僅只有太陽質量的 430萬倍而已 至於仙女座星系裏的P1 雖然它很大 也很明亮 不過 目前我們還不清楚 這個結構到底是什麼 也許是仙女座星系 最近吞噬了其他一些星系 如果這個結論正確的話 P1就是被吞噬星系的星系核 從哈勃望遠鏡 和韋伯望遠鏡的觀測結果來看 宇宙中的星系彼此吞噬 是常見的一種現象 我們的銀河系 在130億年的漫長歲月中 就和很多星系發生過碰撞融合 未來還要跟仙女座星系繼續融合 同時 由於仙女座內的恆星更多 且和太陽相似的第二代恆星也很多 所以 天文學家肯定 仙女座星系內存在外星文明 唯一的問題是 這兩個星系之間隔着254萬光年的距離 這就導致我們現在看到的是 254萬年前的仙女座 那邊如果也有外星文明的話 他們看到的 也是254萬年前的地球 雖然我們知道 那時候地球上存在生命 但並不存在智慧文明 更沒有電磁波信號 所以 不論是尋找外星文明 還是被外星文明發現 都是一個很講究時機的行爲 理論上來說 人類文明在宇宙中的暴露 至少是幾十萬年以後的事情了 因爲最早的電磁波信號 現在只擴散了幾百光年 要幾十萬年後才能擴散到整個銀河系 同樣的道理 如果我們現在收到了 仙女座星系方向的智慧電磁波信號的話 只能說明 那邊的外星文明 在幾百萬年前的科技水平 就超過了今天的人類文明 從星際通訊的角度來看 電磁波實際上就是宇宙中的聲波 衰減即便速度很快 就算是以地球這麼大功率發射的電磁波 飛行幾十光年後 也會被宇宙背景噪聲淹沒 所以 引力波和中微子 纔是最理想的星際通訊技術 然而物理學家們 目前並沒有足夠的技術水平 去收集引力波和中微子信號 更沒有能力用它們發射信息 所以 在可以預見的未來 除非外星文明 主動駕駛飛船來到太陽系 否則人類文明不太可能在宇宙中 暴露自身的存在