你可能会说,可观测宇宙没有得到很好的研究,甚至连地球也没有得到很好的研究,研究不可观测宇宙的意义何在?如果你这么认为,那么你对理论研究之美太无知了!(至少因为有很多科学家:你研究地球,我研究行星,他研究恒星,她研究星系,他们有不同的专业,不是所有的都在同一个领域)。
科学:宇宙诞生于138.17亿年前的大爆炸中。可观测的宇宙充满了物质、反物质和辐射,并以一种超热、超密度的状态存在,但在膨胀和冷却。直到今天,包含人类可观测宇宙的体积的半径已经扩大到460亿光年(也被称为哈勃体积(±误差)),而今天到达我们眼前的第一道光线也符合可以测量的极限。但是还有什么呢?那不可观测的宇宙呢?
在这张NASA/ESA哈勃太空望远镜拍摄的照片中,一个巨大的星系团PLCK_G308.3-20.2在黑暗中发光。这就是浩瀚宇宙的样子。但我们所知的宇宙究竟有多大,包括不可见的部分,它还会继续存在下去吗?照片:欧洲航天局/哈勃和美国宇航局,遗产;感谢:D. COE等人。
人类可以通过各种工具和望远镜看到宇宙的历史已经得到了很好的证实。但观测只能为我们提供有关可观测部分的证据。其他的一切都需要推断,而推断的好坏取决于其背后的假设。照片:斯隆数字巡天
今天的宇宙是冷的和“凝结的”,但它也在膨胀和引力聚集。随着你看得越来越远,你看到的不仅是很远的东西,而且是过去的东西,因为光速有限。宇宙越遥远,它的块状和均匀性就越小,它形成更大、更复杂结构的时间就越短,引力效应发生所需的时间也就越多。早期的宇宙也更热,膨胀的宇宙使所有穿过宇宙时空的光的波长更长。当波长变长时,它会失去能量并变得更冷。这意味着宇宙在遥远的过去是更热的,这一事实已经被科学家通过观察宇宙遥远的特征来证实。
2011年的一项研究(红点)给出了迄今为止最好的证据,证明宇宙微波背景在过去更温暖。远距离光的光谱和温度特性证实了我们生活在一个不断扩大的空间中。照片:P.诺特达姆,P. Petitjean, R. Srianand, C. Ledoux, S. Lopez,(2011)。天文与天体物理
人类可以测量大爆炸138亿年后的今天,宇宙的温度,通过观察那个炙热、稠密、早期状态的残留物。今天,它出现在光谱的微波部分,称为宇宙微波背景(CMB),并具有与2.725K黑体辐射相同的特征,这使得很容易确认这些观测结果与我们的大爆炸模型的预测一致。
太阳的实际光线(黄色曲线(左))和完美黑体(灰色)表明,太阳更多是由于其光球的厚度产生了一系列的黑体;右边是由COBE卫星测量到的宇宙微波背景(CMB)的真正完美黑体。请注意,右边的误差条惊人地达到了400。理论与观测的一致具有历史意义。图片:Wikimedia Commons用户学校(L);COBE/FIRAS, NASA / jpl -加州理工学院(右)
我们也知道,随着宇宙膨胀,辐射是如何转化成能量的。光子的能量与波长的倒数成正比。大爆炸产生的光子,当宇宙大小只有现在的一半时能量是现在的两倍,当宇宙大小是现在的10%时能量是现在的10倍。如果我们回到宇宙只有今天0.092%的时候,我们会发现宇宙的温度是现在的1089倍