哈勃望远镜能看到134亿光年宇宙（必须求助爱因斯坦发现）

十几年前三张哈勃深空照着实把大家给惊到了，对着星星相当稀疏的天区，哈勃持续不断的观测了十几天，长时间的曝光将从遥远宇宙另一端天体发射的微弱光子都留在了CCD上，使得人类以前所未有角度观测到极其遥远的宇宙！

哈勃深空照观测到的宇宙有多远？

哈勃总共拍过三次超级深空场，第一次是在1995年12月18日至28日共连续十天，目标是大熊座，所覆盖范围之宽度只有2.6弧分，面积为全天面积的2400万分之一；

这张深空照中只有几个前景天体是银河系中的恒星，NASA的科学家发现了很多红移高达6的天体，这表明这些天体位于遥远的120亿光年以外，与科学家想象的遥远宇宙“冷冷清清”不一样，哈勃深空照展现给大家的，完美展现了各向同性的宇宙。

第二次深空照在1998年9月和10月间在南天区，约有3000多个星系都位于遥远的120亿光年以外，杜鹃座，赤经22h32m56.22s，赤纬-60°33'02.69"处，它与大熊座北天区观测的条件差不多，只是看到了没有银河以及月球和地球自身遮挡的天区，可以长时间曝光。

真正更远的超深空照是在2003年9月24日至2004年1月16日间拍摄的，范围为3平方角分，只有全天空12,700,000分之一的面积，位于赤经3h 32m 40.0s，赤纬-27°47' 29"（J2000）天炉座的一小片天区。

相当于113天曝光，照片中显示了1000多个星系，它们都位于遥远的130亿光年以外！

最后一次是哈勃极深空照，2012年9月25日公布，不过哈勃却没有重新拍摄，而是将过去10年中拍摄的影像重新处理了，比2003~2004年间拍摄的超深空照增加了5500个左右的星系，最远观测到的信息远达132亿光年。

让人不寒而栗的发现，遥远的宇宙竟然还如此熙熙攘攘，似乎无穷无尽，宇宙的尽头到底在哪里？我们能看不能看到尽头？

想要看得更远，哈勃还有办法吗？

当然有，用更长的时间曝光，这能收集更遥远的光子，比如曝光1000天，但显然是不可能的，由于红移很多星系发出的光芒已经出了可见光，进入了红外波段。

哈勃深空和哈勃超深空拍摄深度示意图

因此NASA的新一代望远镜，詹姆斯·韦伯望远镜上天了，它的反射镜面由铍制成，镀膜是一层极薄的金层，观测波段已经偏向于红光波段以及红外波段，官方给出的数据是：0.6微米（橘色）至28.5微米（中红外线）。因为宇宙膨胀，宇宙诞生早期形成的天体已经极端红移，只有詹姆斯韦伯才能看到。

更远的就只能在电磁波段观测了，因为红移的已经进入电磁波段，观测这些天体的只能是射电望远镜，而且很多射电暴还只能由射电望远镜辅助观测。

但就算是电磁波观测，最多也只能看到宇宙大爆炸后大约37.5万年形成的微波背景辐射，因为刚诞生的宇宙中致密，高温，充满着白热化的氢气云雾等离子体，等离子体与辐射充满着整个宇宙，只有等宇宙膨胀后逐渐冷却，光子脱耦后才可以在宇宙中穿梭，现代观测设备的极限就在这里，无论是光学还是射电波段，它们都有一个光子发生的极端最早时间，也就是光子脱耦的时刻。

爱因斯坦发现了什么？为什么能观测到宇宙诞生的那一刻？

从宇宙诞生到37.5万年这个时间段内，难道就没有其他的观测手段了吗？当然有，中微子就可以，尽管它的穿透来极强，能穿透几乎所有的物体，但科学家依然能有效的观测到。

用中微子观测手段，大约能逼近到宇宙大爆炸发生后1秒的宇宙，这是中微子退耦后的时刻，中微子不再与重子物质相互作用，此时的宇宙温度大约为100亿开尔文。

如果能检测到来自这个时刻的中微子，那么我们将获取到大爆炸发生1秒后的宇宙，相信这应该是科学家极端想了解的宇宙时刻。

不过科学家已经在实验室模拟达到了大约宇宙诞生大约10^-12S的时刻，用的是纽约布鲁克海文国家实验室的相对论性重离子对撞机，2010年的金离子对撞时达到了4万亿开尔文的温度，此时大约相当于宇宙诞生后约10^-12S。

观测到宇宙诞生时刻的唯一手段：爱因斯坦发现的引力波

从大爆炸的宇宙诞生到现代宇宙，光学观测的理论极限是微波背景辐射，中微子观测的极限是宇宙诞生后一秒，再往后携带信息的媒介，只能是引力波！

这个引力波是爱因斯坦在广义相对论诞生后不久就预言的现象，一直到1916年才真正观测到，不是因为我们方法不对，而是精度太高，当年的韦伯杆从理论上也能检测到引力波，但理论变化极限太小了，我们根本就监测不要。

只有后来的激光干涉仪引力波天文台（LIGO）技术成熟才有了探测引力波的！引力波是物质和能量的剧烈运动和变化所产生的一种物质波，传播速度同样是光速，150HZ的引力波波长为2000千米，为了达到探测要求，LIGO的4千米探测臂需要放大100倍，这个不难，用来回反射多次的技术上百倍放大。

当然这只能探测黑洞合并的引力波，后来改进后也发现了中子星合并的引力波，但即使是改进后的LIGO也只能探测10HZ的引力波，如果要探测更低频率的引力波，那么必须要实现更长干涉臂的引力波天文台。

各位可以根据引力波频率计算下波长，然后根据LIGO的目标探测波长计算下激光干涉臂的波长，你会发现这个干涉臂简直就太恐怖了，比如现在如火如荼的空间激光干涉仪（我国的天琴和太极计划，欧美的LISA）也只能探测到短周期双星、极端质量比例旋 、超大质量黑洞双星等产生的引力波，部分能达到大爆炸的状态引力波监测。

真正大爆炸引力波探测级别是10^-18~10^-15HZ，这个波长实在是太恐怖了，需要微波背景辐射观测来发现引力波存在的痕迹再来分析引力波，这个要求太变态了

引力波能观测到大爆炸的什么状态？

宇宙大爆炸发生后的10^-43秒（普朗克时间）：宇宙温度约10^32度，宇宙从量子涨落背景中诞生，这个阶段称为普朗克时间。

在这个时刻，宇宙已经冷却到引力可以从中分离出来，并且独立存在，此时宇宙中的其他力（强、弱相互作用和电磁相互作用）仍然是一团浆糊，所以从理论上来看，引力波探测可以了解宇宙诞生的普朗克时间后的情况，触摸到此刻，一定是无数科学家穷尽一生想要了解的时刻。

总结：我们到底能看到哪里？

可观测宇宙半径大约是465亿光年，这是根据宇宙大爆炸理论以及暴胀和哈勃常数等诸多数据计算出来的理论直径，从这个角度来看，我们能看到的天体大概有如下几个数据：

1. 肉眼能看到到最远星系据说是三角座星系，距离大约是300万光年
2. 银河系所在的本星系群大小大约是1000万光年；
3. 本星系群所在的室女超星系团范围大约是1亿光年；
4. 再往上的拉尼亚凯亚超星系团，直径约为5亿光年；
5. 更大的是双鱼-鲸鱼座超星系团复合体，直径约为100亿光年；
6. 天文学家现在能观测到最远的天体大约距离300亿光年；
7. 宇宙微波背景辐射大约在461亿光年以外；
8. 如果是引力波的话，大概能直达大爆炸的核心，465亿光年；

所以我们想要看得更远，那么必须要用超脱于可见光的手段，就现在而言，中微子和引力波是唯二手段。

#诺奖得主大赞中国引力波探测项目#

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