必須求助愛因斯坦發現？人類觀測最遠宇宙有多遠？哈勃已無能為力

十幾年前三張哈勃深空照著實把大家給驚到了，對著星星相當稀疏的天區，哈勃持續不斷的觀測了十幾天，長時間的曝光將從遙遠宇宙另一端天體發射的微弱光子都留在了CCD上，使得人類以前所未有角度觀測到極其遙遠的宇宙！

哈勃深空照觀測到的宇宙有多遠？

哈勃總共拍過三次超級深空場，第一次是在

1995年12月18日至28日共連續十天，目標是

大熊座

，所覆蓋範圍之寬度只有2。6

弧分

，面積為全天面積的2400萬分之一；

這張深空照中只有幾個前景天體是銀河系中的恆星，NASA的科學家發現了很多紅移高達6的天體，這表明這些天體位於遙遠的120億光年以外，與科學家想象的遙遠宇宙“冷冷清清”不一樣，哈勃深空照展現給大家的，完美展現了各向同性的宇宙。

第二次深空照在

1998年9月和10月間在南天區，

約有3000多個星系都位於遙遠的120億光年以外，杜鵑座

，

赤經

22h32m56。22s，

赤緯

-60°33‘02。69“處，它與大熊座北天區觀測的條件差不多，只是看到了沒有銀河以及月球和地球自身遮擋的天區，可以長時間曝光。

真正更遠的超深空照是在

2003年9月24日至2004年1月16日間拍攝的，範圍為3平方

角分

，只有全天空12，700，000分之一的面積，位於赤經3h 32m 40。0s，赤緯-27°47’ 29”（

J2000

）天爐座的一小片天區。

相當於113天曝光，照片中顯示了1000多個星系，它們都位於遙遠的130億光年以外！

最後一次是哈勃極深空照，

2012年9月25日公佈，不過哈勃卻沒有重新拍攝，而是將過去10年中拍攝的影像重新處理了，比2003~2004年間拍攝的超深空照增加了5500個左右的星系，最遠觀測到的資訊遠達132億光年。

讓人不寒而慄的發現，遙遠的宇宙竟然還如此熙熙攘攘，似乎無窮無盡，宇宙的盡頭到底在哪裡？我們能看不能看到盡頭？

想要看得更遠，哈勃還有辦法嗎？

當然有，用更長的時間曝光，這能收集更遙遠的光子，比如曝光1000天，但顯然是不可能的，由於紅移很多星系發出的光芒已經出了可見光，進入了紅外波段。

哈勃深空和哈勃超深空拍攝深度示意圖

因此NASA的新一代望遠鏡，詹姆斯·韋伯望遠鏡上天了，它的反射鏡面由鈹製成，鍍膜是一層極薄的金層，觀測波段已經偏向於紅光波段以及紅外波段，官方給出的資料是：

0。6

微米

（

橘色

）至28。5微米（中紅外線）。因為宇宙膨脹，宇宙誕生早期形成的天體已經極端紅移，只有詹姆斯韋伯才能看到。

更遠的就只能在電磁波段觀測了，因為紅移的已經進入電磁波段，觀測這些天體的只能是射電望遠鏡，而且很多射電暴還只能由射電望遠鏡輔助觀測。

但就算是電磁波觀測，最多也只能看到宇宙大爆炸後大約37。5萬年形成的微波背景輻射，因為剛誕生的宇宙中

緻密，高溫，充滿著白熱化的氫氣雲霧

等離子體

，等離子體與輻射充滿著整個宇宙，只有等宇宙膨脹後逐漸冷卻，光子脫耦後才可以在宇宙中穿梭，現代觀測裝置的極限就在這裡，無論是光學還是射電波段，它們都有一個光子發生的極端最早時間，也就是光子脫耦的時刻。

愛因斯坦發現了什麼？為什麼能觀測到宇宙誕生的那一刻？

從宇宙誕生到37。5萬年這個時間段內，難道就沒有其他的觀測手段了嗎？當然有，中微子就可以，儘管它的穿透來極強，能穿透幾乎所有的物體，但科學家依然能有效的觀測到。

用中微子觀測手段，大約能逼近到宇宙大爆炸發生後1秒的宇宙，這是中微子退耦後的時刻，中微子

不再與

重子物質

相互作用，此時的宇宙溫度大約為100億

開爾文。

如果能檢測到來自這個時刻的中微子，那麼我們將獲取到大爆炸發生1秒後的宇宙，相信這應該是科學家極端想了解的宇宙時刻。

不過科學家已經在實驗室模擬達到了大約宇宙誕生大約10^-12S的時刻，用的是紐約布魯克海文國家實驗室的相對論性重離子對撞機，2010年的金離子對撞時達到了

4萬億

開爾文的溫度，此時大約相當於宇宙誕生後約10^-12S。

觀測到宇宙誕生時刻的唯一手段：愛因斯坦發現的引力波

從大爆炸的宇宙誕生到現代宇宙，光學觀測的理論極限是微波背景輻射，中微子觀測的極限是宇宙誕生後一秒，再往後攜帶資訊的媒介，只能是引力波！

這個引力波是愛因斯坦在廣義相對論誕生後不久就預言的現象，一直到1916年才真正觀測到，不是因為我們方法不對，而是精度太高，當年的韋伯杆從理論上也能檢測到引力波，但理論變化極限太小了，我們根本就監測不要。

只有後來的鐳射干涉儀引力波天文臺（LIGO）技術成熟才有了探測引力波的！引力波是物質和能量的劇烈運動和變化所產生的一種物質波，傳播速度同樣是光速，150HZ的引力波波長為2000千米，為了達到探測要求，LIGO的4千米探測臂需要放大100倍，這個不難，用來回反射多次的技術上百倍放大。

當然這隻能探測黑洞合併的引力波，後來改進後也發現了中子星合併的引力波，但即使是改進後的LIGO也只能探測10HZ的引力波，如果要探測更低頻率的引力波，那麼必須要實現更長干涉臂的引力波天文臺。

各位可以根據引力波頻率計算下波長，然後根據LIGO的目標探測波長計算下鐳射干涉臂的波長，你會發現這個干涉臂簡直就太恐怖了，比如現在如火如荼的空間鐳射干涉儀（我國的天琴和太極計劃，歐美的LISA）也只能探測到

短週期雙星、

極端質量比例旋

、

超大質量黑洞

雙星等產生的引力波，部分能達到大爆炸的狀態引力波監測。

真正大爆炸引力波探測級別是

10^-18~10^-15HZ，這個波長實在是太恐怖了，需要微波背景輻射觀測來發現引力波存在的痕跡再來分析引力波，這個要求太變態了

引力波能觀測到大爆炸的什麼狀態？

宇宙大爆炸發生後的10^-43秒（

普朗克時間

）：宇宙溫度約10^32度，宇宙從

量子

漲落背景中誕生，這個階段稱為

普朗克時間

。

在這個時刻，宇宙已經冷卻到

引力

可以從中分離出來，並且獨立存在，此時宇宙中的其他力（強、弱相互作用和

電磁相互作用

）仍然是一團漿糊，所以從理論上來看，引力波探測可以瞭解宇宙誕生的普朗克時間後的情況，觸控到此刻，一定是無數科學家窮盡一生想要了解的時刻。

總結：我們到底能看到哪裡？

可觀測宇宙半徑大約是465億光年，這是根據宇宙大爆炸理論以及暴脹和哈勃常數等諸多資料計算出來的理論直徑，從這個角度來看，我們能看到的天體大概有如下幾個資料：

肉眼能看到到最遠星系據說是三角座星系，距離大約是300萬光年

銀河系所在的本星系群大小大約是1000萬光年；

本星系群所在的室女超星系團範圍大約是1億光年；

再往上的拉尼亞凱亞超星系團，直徑約為5億光年；

更大的是雙魚-鯨魚座超星系團複合體，直徑約為100億光年；

天文學家現在能觀測到最遠的天體大約距離300億光年；

宇宙微波背景輻射大約在461億光年以外；

如果是引力波的話，大概能直達大爆炸的核心，465億光年；

所以我們想要看得更遠，那麼必須要用超脫於可見光的手段，就現在而言，中微子和引力波是唯二手段。