虽然咱们现在还无法调查到461亿光年外的世界，但跟着时间的推移，世界更多的不知道将逐个呈现。（图片来历：wikipedia）
138亿年前，一场大爆破为世界绵长的演化之路拉开了前奏。现在，在回溯这一事情时，不知道读者有没有考虑过这样的问题：咱们能找到世界大爆破发作的精确地址吗？或许说，世界存在这样一个中心吗？
撰文 | 伊森·西格尔（Ethan Siegel）
编译 | 石云雷
审校 | 吴非
咱们首要来看日子中一般的爆破进程。关于一次爆破，不论原因是什么，它都满意以下几个条件：爆破发作在特定的方位；开端源自一个很小但有限的体积；爆破敏捷向外部各个方向胀大。
当爆破发作时，外部的一些物体会受到冲击，被巨大的推力以放射状面向远处。而较轻的物质在空间中飞翔的间隔更远，因而即便能量密度在爆破的各个方向都下降了，但离爆破中心越远，密度下降越快。因而，经过测定不同粒子的轨道，咱们能重建爆破发作的地址。
可是，上述的爆破图景，并不契合咱们世界的状况。间隔咱们百万光年、乃至几十亿光年的区域，看起来与咱们这儿没有任何不同。在现有的世界空间中，各个区域的密度、能量和星系数量等，几乎是相同的。
到了更挨近世界边际的区域，状况开端呈现改变。咱们观测到，在数百亿光年外，天体的年纪与咱们周围的天体不同。间隔越远，天体愈加年青，数量更多但体型较小。虽然咱们最远只能调查到300亿光年外的星系，但假如能追寻并重建每个天体的移动轨道，让它们回到原点，咱们将看到最难以想象的成果：世界“中心”就在咱们身边。
图片来历：NASA / STScI / A. Felid
当然，这样的成果并不能阐明什么——毕竟是依据咱们的观测规模进行的重建。那么，在世界的上万亿个星系中，咱们所在的星系在最开端时刚好坐落大爆破中心的概率有多大？
估测世界起点？
要让咱们处在世界的中心，开端的爆破需求满意以下条件：
不规则、不均一的密度，
恒星诞生、星系成长的时间不同，
不同区域的能量存在巨大差异，
在所有方向上，都具有奥秘的2.7K微波布景辐射。
但即便咱们规划了许多解说，仍旧无法了解许多调查成果。这种规划出的大爆破场景不只不真实，还违反了已知的物理学规则。
但是，咱们的世界遵从万有引力定律，而爱因斯坦的广义相对论适用于一个充溢物质和能量的世界，而不是爆破时的世界。假如世界遍地的物质处于均衡状况，具有相同的温度和密度，那么世界必定要么胀大，要么在坍缩。因为咱们调查到其他天体在撤退，世界胀大是仅有合理的解说。
一直以来，存在一种误解，即依据胀大的世界，咱们能估测世界开端胀大的起点。这是不正确的，世界能被推回到一个具有清晰特征的有限区域，但之后世界会依据万有引力定律演化。
这将导致世界遍地不可避免地呈现相同的特征。这也意味着，任何巨细共同的空间区域，其密度、温度以及星系的数量总是共同的。咱们还能看到随时间演化的世界：离咱们越远的当地，反映出的是更陈旧的世界状况，胀大程度较低、受引力的影响更小，星系的数量也更少。
哈勃望远镜不断拓宽了可观测世界的规模，并向咱们展现了一个星系类型、巨细和密度随时间逐步演化的世界。（图片来历：NASA, ESA, and Z. Levay, F. Summers）
一些悠远星系继续开释的光穿越胀大的世界抵达地球时，才干被咱们检测到。这需求长达数十亿乃至百亿年的时间，因而咱们看见的是星系数十亿乃至上百亿年前的状况。假如咱们将时钟向后拨，回到大爆破的瞬间，会发现世界开端是由辐射主导的，并不存在物质。只要在世界胀大、冷却后，物质才变得重要。
跟着世界胀大和冷却，中性原子最终能安稳构成。从前主导世界的辐射跟着世界的胀大，逐步红移、冷却下来。今日，咱们看到的世界微波布景辐射便是大爆破后留传的辐射，它能够在世界的任何当地被观测到。
世界必定存在一个中心吗？不必定，这仅仅咱们的认知成见。咱们知道，大爆破发作的区域有一个相当于足球巨细的下限，但它没有上限，乃至或许是无限的。
假如世界真的有一个中心，它或许在任何当地，而且因为咱们观测到的世界规模有限，咱们有或许无从得知。咱们需求看到世界的边际，或许调查到它在世界尺度上的各向异性。但是，依据现有的观测，世界是均一的。
拉尼亚凯亚超星系团，图中红点为银河系所在的方位。（图片来历：Nature）
“世界处处都在胀大”
“世界是从哪里开端胀大的？”这个问题听起来很合理。但一旦你了解了前文的评论，你就会发现这是个彻底过错的问题。“在某一刻，世界处处都在胀大”，或许便是这个问题的答案。很大程度上，“大爆破”不是指世界中的特定区域，而是一个特别时间。
这便是大爆破的实质：一个曾今在特定时间发作的事情，不只影响了整个可观测世界的状况，还或许是涉及到了比它大得多的区域。这便是为什么，当咱们看见某个悠远的天体时，咱们看到的其实是它在悠远曩昔的某个时间。这便是为什么不论咱们看向哪里，世界在恣意方向上的特征都根本共同。这便是为什么咱们能够经过观测天体的演化来追溯世界的前史。
依据现有的理论和观测，依然存在很多的不知道。咱们不知道世界的实践巨细，只能依据可观测世界的规模设定一个下限：半径至少是461亿光年。
咱们不知道世界的空间结构，是一个正曲率的球体仍是负曲率的马鞍，仍是彻底平整，形似纸片或圆柱体。咱们不知道它是会继续曲折至首尾相接，仍是会永久胀大下去。咱们所知道的一切都是依据所调查到的。现在的观测支撑这样的定论：世界是无限大的平整空间。但相反的信息或许就存在于下一组重要的观测数据中，也或许在可观测世界的规模之外。重要的是，咱们要继续探究。
咱们之所以还不能真实了解世界的实质，是因为咱们接触到的世界空间非常有限。即便咱们开宣布强壮的探测器，能从世界中搜集的信息也是有限的。或许，咱们或许永久都不知道世界是否有鸿沟、世界的几许形状是什么。
不论你把世界的结构看作一条正在发酵的葡萄干面包，仍是一只粘着硬币的胀大气球，需求记住的是，咱们能够观测的世界空间很或许仅仅世界很小的部分。咱们的观测，还仅仅为世界设置了一个下限。世界或许是有限的，也或许是无限的，但能够必定，世界正在胀大，密度越来越小，更远的物体体现的是世界更早曾经的形状。
https://ad695403
《举世科学》经典专辑从头上市
单本专刊享8折包快递优惠
购满3本另减10元
