在浩瀚星空中的秘密：哪裡是宇宙的邊界

哪裡是宇宙的邊界

常常說宇宙就是無邊無垠，那麼，宇宙到底有沒有邊界？每當人們翹首仰望茫茫夜空，神馳遐想時，總要提出這樣的疑問。

先看一看，天體間的距離是怎樣測量的？

當觀測天體的時候，人們發現，它的譜線不是在標準波長的位置上。所有譜線的波長都加長了，這表明譜線向紅端移動，這種現象叫做譜線紅移，它是由多普勒效應引起的。當天體或觀測者運動時，天體發出的光和電波的波長就會發生變化。天體向著觀測者運動，距離不斷縮短，波長就會變短；天體背離觀測者運動，距離不斷加長，就會觀測到波長加長的現象。天體譜線紅移表明天體背離我們向遠方運動。

如果我們用「Z」表示紅移的程度，那麼紅移為「Z」的天體發出的光和電波在地球上觀測時，波長就變成原波長的1+Z倍。例如在紅移為4的天體中，氫原子發出的波長為1216埃的紫外線，而在地球上觀測到的波長卻是6080埃的紅光，變成了眼睛可以觀察到的可見光了。按照多普勒效應，背離速度越大，紅移也就越大。於是就可以根據紅移求出天體離開我們的速度。

如果用光譜分析法分析來自天體的光，就能夠檢出氫、氧、碳等原子發出的、特定的、經過紅移之後的波長。由此可以計算出這些特定波長發生的紅移程度。按照多普勒效應，天體紅移意味著宇宙在膨脹，廣義相對論的引力場方程也有「膨脹的宇宙學」的解。於是形成了「宇宙膨脹論」。還有一些人提出了其他形式的宇宙論，如「穩恆態宇宙論」等。這些宇宙論也都主張宇宙膨脹。採用把紅移換算成距離的方法，求得天體到地球的距離，隨著所採用的宇宙模型不同而各不相同。

決定了宇宙模型，還應當從觀測求出用哈勃常數表示的現在宇宙膨脹速度和用「減速參量」表示的宇宙膨脹減速率。

按照宇宙誕生之後就急速膨脹的宇宙模型，假定哈勃常數為50公里/秒/100萬秒差距（1秒差距約為3．26光年），「減速參量」為．5。可以計算出宇宙的年齡為130億年，地球到宇宙的「盡頭」的距離，從理論上來說應是130億光年。

專家們認為，目前人們所知的宇宙的「盡頭」是距地球117億光年的天體——［4G41．17］。

那是在1988年8月，美國約翰斯·霍普金斯大學的錢伯斯和宇宙望遠鏡科學研究所的喬治·麥里發現了編號為［4G41．17］的天體。隨後美國基特山頂的國立天文台對它進行了攝影和光譜觀測。

對氫原子和碳原子發射光譜測定的結果表明［4G41．17］就是紅移為3．8的天體，根據前面的模型，這個天體離地球是117億光年。以前確認編號為［0902+34］的天體離地球最近，它與地球的距離是115億光年。

光和電波以每秒約30萬公里的速度傳播。離地球117億光年的［4G41．17］發出的光和電波經過了117億年才達到地球。因此我們看到的是117億年前的［4G41．17］的雄姿，這樣我們不僅觀測到了「遠方的宇宙」，而且也觀測到了「昔日的宇宙」。

通過錢伯斯的觀測，清楚地表明了，在宇宙誕生後13億年就有星系形成了。

在宇宙中被稱為「黑暗物質」的粒子是很多的，它們佔了宇宙質量的絕大部分。質子和中子等重子稱為基本粒子。在「黑暗物質」密度非常高的地方凝縮起來就形成了星系。這就是星系形成的「背景模型」。根據「背景模型」宇宙誕生13億年之後，就有星系形成了。

數年前人們觀測到了紅移為．5，距地球60億光年的星系，為了尋找更遠的天體，人們又建立了多台直徑為4米的大型望遠鏡，接著又開發了紅外線攝像機和CCD（電荷耦合器件）攝像機等新技術。這為發現新的、距地球更遠的天體提供了可能性。紅移為7，也就是說，距地球大約125億光年的星系很可能在不久的將來被觀測到。如果發現了那樣的星系，宇宙誕生後5億年，星系就形成了。

經過各種努力之後，仍然不能發現比120億年更早形成的星系，也許是宇宙誕生10億年前後，那時「宇宙塵」很多，人們無法看見已經形成的星系。

面對探索宇宙邊界的未來，或許當觀測技術進一步提高，觀測比［4G41．17］更遠的天體，精密地求出其氣體的化學組成將成為可能。這為進一步了解這些天體的形成過程創造了條件，從而也就可以更準確地推算出宇宙的年齡。也許人們能夠找到真正的宇宙的「盡頭」吧！

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