哈勃體積，或者更通俗地說(shuō)，可觀測(cè)宇宙，是一個(gè)以我們?yōu)閳A心的球狀區(qū)域，它小到足以讓我們看見其中的天體，換句話說(shuō)，就是那些天體所發(fā)出的光芒有足夠的時(shí)間旅行至我們的視線之中。
我們常談及的宇宙直徑，那930億光年的數(shù)字，實(shí)際上是可觀測(cè)宇宙的尺度，這讓我們能夠理論上見證星系、星團(tuán)以及其他物質(zhì)結(jié)構(gòu)的壯麗景象。
然而，在465億光年之外的不可視區(qū)域，仍舊歸屬于我們的宇宙范圍，而超出這個(gè)范圍的，根據(jù)暴漲理論的推測(cè)，可能存在一個(gè)與我們毫無(wú)干系、不存因果的多元宇宙。盡管如此，這一切都尚未得到科學(xué)的實(shí)證。
那么，問題來(lái)了：一個(gè)僅有138億年歷史的宇宙，怎會(huì)有930億光年的廣袤？為何我們無(wú)法窺見可觀測(cè)邊界之外的宇宙？而那些在我們宇宙之外的宇宙，它們又是如何誕生的？回答這些疑問，似乎能為你解開諸多謎團(tuán)。
大爆炸理論的提出，為我們描繪了宇宙現(xiàn)存物質(zhì)結(jié)構(gòu)的形成與演變，但同時(shí)也拋出了新的謎題：那個(gè)被稱為“奇點(diǎn)”的高溫、高密度、充滿物質(zhì)與輻射的狀態(tài)究竟從何而來(lái)？這正是宇宙學(xué)家面臨的一大難題。大爆炸理論并未告訴我們最初的狀態(tài)，這讓我們認(rèn)為它并不完備。除此之外，還有其他問題待解：
微波背景輻射的密度漲落從何而來(lái)？它是形成一切物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，也可稱為“結(jié)構(gòu)的種子”。
宇宙在大尺度上呈現(xiàn)出的均勻物質(zhì)分布之謎。
數(shù)十、甚至數(shù)百光年之外的宇宙區(qū)域，彼此間并無(wú)信息交流，為何空間溫度卻如此一致？即微波背景輻射所顯示的，宇宙各處的平均溫度為2.725K。
為何空間如此平整？也就是說(shuō)，我們的可觀測(cè)宇宙與零曲率宇宙幾無(wú)二致。
這些問題都是大爆炸理論未能解答的，然而在其他方面的成功又使我們難以質(zhì)疑其正確性。因此，科學(xué)家們推測(cè)，大爆炸理論必然有所不足，或許在大爆炸之前存在著某種未知狀態(tài)。
1980年，美國(guó)科學(xué)家阿蘭·古斯提出了暴脹理論，它假設(shè)在大爆炸之前，宇宙中尚不存在任何物質(zhì)與輻射，唯一的是充滿空間的真空能量。真空能量的量子場(chǎng)波動(dòng)導(dǎo)致空間各處不同位置發(fā)生指數(shù)級(jí)的膨脹，就像一鍋在煤氣灶上燉煮的濃湯，湯中不同位置會(huì)冒出氣泡。
每個(gè)膨脹的區(qū)域最終形成一個(gè)獨(dú)立、互不相連的宇宙。這就是暴脹理論對(duì)于多元宇宙的猜想，但這一猜想同樣未能得到證實(shí)。它意味著，在我們的宇宙之外，存在其他宇宙，也就是說(shuō)，在宇宙之外，還存在著空間。我們的宇宙與其他宇宙一起，漂浮在一個(gè)更大的母宇宙之中。
然而，在我們的宇宙內(nèi)部，為何有可觀測(cè)與不可觀測(cè)之分？
在單一暴漲的泡沫中，誕生了我們的宇宙。真空能量引發(fā)了空間的指數(shù)級(jí)膨脹，空間迅速被拉伸，無(wú)論原本宇宙的形狀如何，暴漲結(jié)束后，都會(huì)變得平坦無(wú)異。正如前面描述的從a到d的過程。
真空中的能量波動(dòng)隨著空間膨脹也被迅速拉伸至我們宇宙的每一角落。在暴漲結(jié)束后，一部分真空能量轉(zhuǎn)變?yōu)槲镔|(zhì)，我們稱之為宇宙的再加熱，這一過程產(chǎn)生了大爆炸的初始熱狀態(tài)。能量的微小波動(dòng)為未來(lái)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)提供了微小的密度不均勻，微波背景輻射的密度漲落也源自此處。
而真空能量的大部分則被封存，成為我們現(xiàn)在所稱的暗能量。
要明確的是，從宇宙誕生至今，甚至直至未來(lái)，它一直在膨脹，而且膨脹速度遠(yuǎn)超光速。
經(jīng)過再加熱階段后，大爆炸啟動(dòng)，隨之而來(lái)的是粒子間高能的撞擊，創(chuàng)造出了我們今天所知或未知的所有基本粒子。然而直到大爆炸后38萬(wàn)年，宇宙的膨脹與冷卻才使得中性原子得以形成。
但那時(shí)，宇宙中尚不存在恒星或星系，這些發(fā)光的物質(zhì)結(jié)構(gòu)是在宇宙誕生后五千萬(wàn)至一億年間逐漸形成?？梢韵胍姡?dāng)恒星形成并開始放射光線，那時(shí)的宇宙已經(jīng)膨脹至無(wú)法丈量的邊界。
離我們較近的星系，其光線可以在較短時(shí)間內(nèi)抵達(dá)地球，而較遠(yuǎn)的星系則需花費(fèi)更長(zhǎng)時(shí)間。也就是說(shuō)，星系越遠(yuǎn)，光線抵達(dá)所需時(shí)間越長(zhǎng)。
由于光速的限制，如果宇宙處于減速膨脹狀態(tài)，那么即便星系再遙遠(yuǎn)，他們的光線最終都會(huì)到達(dá)地球，也就是說(shuō)我們的可觀測(cè)范圍是不斷擴(kuò)大的，未來(lái)將能看見更多星系。
然而，由于暗能量的作用，宇宙在誕生后45億年進(jìn)入加速膨脹階段，這意味著那些光線尚未到達(dá)地球的星系將永遠(yuǎn)無(wú)法觸及我們的視線。
而那些已經(jīng)在我們視線內(nèi)的，我們將有幸看到它們，但最遠(yuǎn)的也只能是460億光年范圍內(nèi)的星系，這便是我們的可觀測(cè)宇宙。那些光線未曾到達(dá)地球的星系，則位于可觀測(cè)宇宙之外。
總結(jié)一下：由于暴漲初期量子場(chǎng)的波動(dòng)，空間在不同點(diǎn)開始暴漲，形成了各自獨(dú)立的宇宙，這些宇宙之間不存在因果關(guān)系，有科學(xué)家認(rèn)為，某些區(qū)域的暴漲仍在繼續(xù)，意味著新的宇宙泡沫仍在不斷形成。
在我們的單個(gè)宇宙中，由于光速的限制與持續(xù)的膨脹，有些星系形成后的光線永遠(yuǎn)無(wú)法抵達(dá)地球。因此，我們僅能看見那些光線已抵達(dá)我們所在之地的星系，這個(gè)范圍便是我們的可觀測(cè)宇宙。
熱門跟貼