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暴脹 為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？

暴脹 為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？
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一直以來(lái)，揭開宇宙的本質(zhì)是科學(xué)家夢(mèng)寐以求的事情。不僅如此，科學(xué)家還想要實(shí)現(xiàn)對(duì)宇宙規(guī)律的控制，并且要知道從宇宙誕生起到今天存在的每一個(gè)粒子是如何運(yùn)行的。
但這種終極的科學(xué)夢(mèng)想在未來(lái)不一定會(huì)實(shí)現(xiàn)，即使未來(lái)科學(xué)家擁有更為強(qiáng)大的觀測(cè)技術(shù)。這是因?yàn)樵缙谟钪婧芸赡馨l(fā)生過(guò)暴脹，無(wú)論是現(xiàn)在還是將來(lái)，我們能觀測(cè)到的那一部分宇宙仍然是有限的。在半徑為465億光年的可觀測(cè)宇宙中，能量、粒子數(shù)量以及我們能收集到的信息都是有限的。
有限的觀測(cè)范圍
在138億年前，宇宙從一個(gè)熾熱、稠密的奇點(diǎn)中發(fā)生大爆炸而形成。此后，宇宙不斷擴(kuò)張和冷卻，最終演變?yōu)槿缃竦臓顟B(tài)。
暴脹 為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？
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即使宇宙空間本身的結(jié)構(gòu)在膨脹，即使光子能以終極宇宙速度（光速）穿過(guò)空間，我們只能看到有限的距離。無(wú)論空間結(jié)構(gòu)膨脹得有多快，光速有多快，宇宙自誕生以來(lái)經(jīng)過(guò)了多少時(shí)間，這些性質(zhì)都不是無(wú)限的。因此，我們只能看到有限的距離，可觀測(cè)宇宙中只包含有限數(shù)量的物質(zhì)和能量，我們所能獲得的信息量是有限的。
人類所知的宇宙
就目前所知，我們的星系中包含大約1000至4000億顆恒星，整個(gè)可觀測(cè)宇宙中包含大約2萬(wàn)億個(gè)星系、10^80個(gè)原子、10^90個(gè)光子、10^54千克質(zhì)能。我們還知道宇宙是如何聚集成星系群、星系團(tuán)和絲狀結(jié)構(gòu)，以及它們是如何被巨大的宇宙空間分隔開來(lái)。我們還知道定義這些結(jié)構(gòu)的宇宙距離尺度，以及宇宙如何隨時(shí)間演變。
在宇宙大爆炸模型和廣義相對(duì)論的框架下，我們能對(duì)宇宙的演化做出最好的解釋。哈勃在百年前的重大發(fā)現(xiàn)改變了我們對(duì)宇宙的認(rèn)知，大量遠(yuǎn)離銀河系而去的星系表明，宇宙空間本身的結(jié)構(gòu)正在膨脹。
暴脹 為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？
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如果宇宙在膨脹，那么，宇宙還在冷卻。因?yàn)殡S著時(shí)間的推移，光的波長(zhǎng)會(huì)被拉長(zhǎng)，能量逐漸衰減。倘若如此，我們應(yīng)該會(huì)看到一種具有特殊性質(zhì)的余輝——宇宙微波背景輻射，這些光子可以追溯到宇宙最初階段。
理論上，我們還應(yīng)該會(huì)看到一個(gè)不斷演變的宇宙結(jié)構(gòu)網(wǎng)；最早的氣體云應(yīng)該有特定比例的輕元素，而重元素根本不存在。所有關(guān)于宇宙的預(yù)測(cè)都得到了觀測(cè)的證實(shí)，宇宙大爆炸理論得到了廣泛認(rèn)可。
如果我們能理解宇宙的開始以及控制現(xiàn)實(shí)的規(guī)律，我們就能知道宇宙中所發(fā)生的一切。因此，我們所要做的就是利用物理定律來(lái)推斷。然而，當(dāng)宇宙學(xué)家推斷出宇宙最早期的階段，并把理論預(yù)言的與觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行比較時(shí)，得到了意想不到的結(jié)果。
【 暴脹|為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？】暴脹的早期宇宙
暴脹 為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？
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在最初時(shí)刻，宇宙是一個(gè)擁有無(wú)限溫度和密度的無(wú)限小奇點(diǎn)。理論上，整個(gè)宇宙將會(huì)湮滅，或者幾乎立即重新坍縮，宇宙中永遠(yuǎn)不會(huì)形成恒星或星系，除非宇宙的初始膨脹速率和初始能量密度沒(méi)有達(dá)到完美的平衡。宇宙在不同的方向會(huì)有不同的溫度，除非有什么東西使宇宙各處的溫度變得均勻。另外，宇宙還將充滿從未被探測(cè)到的高能遺跡。
但在現(xiàn)實(shí)中，宇宙中充滿了恒星和星系，宇宙各個(gè)方向的溫度都是一樣的，宇宙中沒(méi)有高能的遺跡。解決這一理論缺陷的最成功方法就是暴脹理論，該理論認(rèn)為宇宙在極其短暫的時(shí)間內(nèi)發(fā)生了劇烈的空間膨脹，這取代了奇點(diǎn)的概念，并預(yù)測(cè)了宇宙大爆炸理論無(wú)法預(yù)測(cè)的初始條件。
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此外，暴脹理論還做出了另外六個(gè)重要預(yù)測(cè)，其中五個(gè)已經(jīng)被證，還有一個(gè)超出了人類目前的觀測(cè)極限。
宇宙大爆炸理論中未解的問(wèn)題和無(wú)法解釋的謎團(tuán)，為宇宙學(xué)家提出宇宙暴脹理論鋪平了道路。宇宙暴脹理論再現(xiàn)了宇宙大爆炸理論的成功，解釋了未解之謎，然后它自己做出了新的預(yù)測(cè)，并產(chǎn)生了可觀測(cè)到的結(jié)果。
但新的問(wèn)題又出現(xiàn)了，為什么早期宇宙中會(huì)發(fā)生暴脹？
暴脹 為什么我們可能永遠(yuǎn)無(wú)法知道宇宙的一切？
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根據(jù)暴脹模型，宇宙暴脹發(fā)生在宇宙誕生之后10^-35秒，持續(xù)時(shí)間僅10-33秒（10億億億億分之一秒）。由于在暴脹期間，宇宙空間呈指數(shù)式的擴(kuò)張，這抹掉了之前發(fā)生的任何信息，將其與我們能觀測(cè)到的宇宙分離開來(lái)，將其推到我們所能觀測(cè)到的宇宙之外，宇宙真相隨之消逝。

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