【影片分享】人類的極限-永遠到不了的宇宙彼方

林彥興

隨著太空科技的進步,
人類已經能夠踏足月球表面、把太空船送往太陽系的邊疆。
似乎只要技術持續進步,整片宇宙都近在咫尺......

很可惜事情不是這樣。
事實上,可觀測宇宙中 94% 的空間,是即使我們能夠以光速航行依然無法觸及的。為什麼呢?答案是因為宇宙在膨脹,在足夠遠的距離之外,宇宙膨脹讓天體遠離我們的速度 —— 天文學家稱為「退行速度 Recessional Velocity」—— 快到即使以光速前進也追不上它們。Kurzgesagt – In a Nutshell 富有詩意的說,這就是人類的極限,好似宇宙築起的、永遠無法跨越的最終城牆。 影片的後半段,Kurzgesagt 繼續介紹在遙遠的未來,一切沒有被本星系群重力束縛的天體都將離我們遠去,並永遠消逝在夜空之中,總有種古希臘悲劇般的滄桑感。但小編想談的,是關於前面那個追不上的問題。 思考一下,哈伯定律告訴我們,離我們越遠的天體離開我們的速度就越快。
那麼,是不是我們能夠到達的最遠的天體,就是現在正以光速遠離我們的天體呢?如果是,那從哈伯定律 v = H0*d、哈伯參數 H0 大約是 70 km/s/Mpc 來計算,那我們是不是我們能夠到達的最遠的地方,就是 c/H0 = 144 億光年呢?

很可惜,答案是否。
在宇宙學中,類似這樣「最遠能夠到達的地方」的概念稱為「宇宙學視界 Cosmological Horizon」。影片中提到的問題,對應的概念其實是:
「如果我們以光速前進,能在無限遙遠的未來到達的天體,『現在』距離我們有多遠?」。
宇宙學家把這個概念,稱為宇宙學的「事件視界 Event Horizon*」。
而前面我們用哈伯定律算出來,退行速度等於光速的那個距離,稱為「哈伯半徑 Hubbe Radius」。
順帶一提,所謂「可觀測宇宙」對應的概念叫做「粒子視界 Particle Horizon」,指的是「大霹靂時就發出光、並在現在進入我們眼中的物質,現在離我們的距離有多遠」。
而根據現在主流的宇宙學模型,事件視界的大小約為 167 億光年,比前面提到的哈伯半徑要更大。換句話說,即使一個星系正在以光速遠離我們,我們仍然可以用光速去追上他。聽起來很違反直覺吧XD,想要正確的了解為什麼會這樣,需要一些宇宙論和微積分的基礎,在此受限於篇幅就不展開講了,小編會在留言區放上可以參考的資料。
但我們可以看到,在一個膨脹的宇宙中,所謂「最遙遠的邊疆」其實可以被區分成多個不同的子概念。當時空不再固定,當光速不再快到可以忽略傳遞時間,宇宙學中一個個看似違反直覺卻神秘酷炫的概念就應運而生。

* 跟黑洞的事件視界同一個字,是相似卻不同的概念。

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