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2024.8.8
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82. 我们可以看多远
侯工
我们可以看多远?在学术上,这叫做视域半径。在大雾天气,视域半径只有几十米;在晴朗天气,视域半径可达几十千米;而在太空,最好的望远镜的视域半径最远可达宇宙半径,再远就看不到了。
为什么最好的望远镜最远也只能看到宇宙半径远的地方?假设宇宙球面上有一个天体与我们的圆心角为1弧度,按照弧度定义,其距离等于宇宙半径138亿光年(宇宙球面以光速沿着径向膨胀,宇宙年龄138亿年),如果它现在向我们发出一道光线,那么要在138亿年后我们才能看到【注1】。而我们现在看到138亿光年远的天体,说明它是138亿年前发出的光线,也就是宇宙刚诞生时发出的光线,它的位置刚好在宇宙的原点,而且发射光线的天体与我们的圆心角刚好是1弧度。这个天体如果还存在的话,在球面上与我们的距离刚好等于宇宙半径。圆心角小于1弧度的天体,其实体与我们的距离小于宇宙半径。圆心角大于1弧度的天体,其实体与我们的距离大于宇宙半径,其最初发出的光线还没有传播到我们的眼睛,最好的望远镜也看不到它,所以最好的望远镜最远也只能看到宇宙半径远的地方。
通过计算,视域面积占宇宙球面总面积的21%,还有79%的天体人类是无法观测的,这一点在计算宇宙参数时很容易被忽略。有人可能就将这79%的天体当成暗物质了,结果派出飞船去寻找。以光速飞行都要138亿年才能到达“暗物质”的天体,以人造飞船的速度,不知要多久才可以找到“暗物质”的天体呢?【注2】
【注1】这是假设宇宙球面不再膨胀的情况下,此光线经138亿年可传播到我们的眼睛。但是实际上宇宙在膨胀,所以这光线永远不可能传播到我们的眼睛,因为138亿年后,两者的距离已经变成2倍(276亿光年)了,而光传播的距离只有138亿光年,那剩下的138亿光年是永远都补不上的。
【注2】道理与【注1】一样,实际上,由于宇宙在膨胀,即使以光速飞行的飞船,也永远不能到达视域的边缘。