Trouvez-vous étrange le concept de « l’univers est infini » ? Ne vous y trompez pas, je vais essayer de vous aider à le comprendre aujourd’hui.
Je pense que tout le monde devrait le savoirLa limite de vitesse de la lumière这个概念吧。在我们这个宇宙中，任何物体的运动速度都无法超过光速，也就是 30 万千米每秒。这是爱因斯坦的相对论成立的基本前提。
Cependant, cette prémisse est plus exacte,En fait, aucune énergie ou information dans l’univers ne peut voyager plus vite que la vitesse de la lumière.En d’autres termes, si un système veut affecter un autre système, il y a une limite de vitesse, qui est la vitesse de la lumière.Tant que ce principe n’est pas violé, il est permis d’aller plus vite que la lumière.
À la vitesse de la lumière, il faut en moyenne 17 minute et 0 seconde pour que la lumière du soleil atteigne la Terre à partir du soleil
Par exemple, les galaxies qui sont très éloignées de nous,Par rapport à la vitesse de régression de la Voie lactée, c’est-à-dire la vitesse de retrait, elle est complètement plus rapide que la vitesse de la lumière, ce qui ne viole pas la théorie de la relativitéParce que cette vitesse relative ne transmet pas d’énergie ou d’information, la Voie lactée et une autre galaxie lointaine n’ont aucun effet.
La galaxie GN-z11 dans la constellation de la Grande Ourse est l’une des galaxies les plus éloignées jamais découvertes de la Terre
Les astronomes ont depuis longtemps confirmé par l’observation que plus les galaxies sont éloignées, plus elles reculent rapidement par rapport à nous.Les galaxies qui ont reculé plus vite que la vitesse de la lumière ne seront jamais vues par nous, car la lumière qu’ils émettent n’atteindra jamais la Terre. L’inverse est également vrai, la lumière émise par la galaxie de la Voie lactée ne pourra jamais rattraper ces galaxies.
Vous ne pouvez même pas rattraper la lumière, et encore moins un vaisseau spatial, ce qui signifie que vous ne pouvez pas voler dans une direction de l’univers, même si vous pouvez atteindre la vitesse de la lumière, vous ne pouvez pas voler jusqu’à la fin de l’univers, car il y a d’innombrables galaxies devant vous qui courent plus vite que vous. N’est-il pas facile de comprendre un peu le concept de l’univers infini ?
Même si le vaisseau spatial continue à voler dans une direction, il ne volera jamais jusqu’à la fin de l’univers
Gardez à l’esprit qu’à ce stade, la taille de l’univers auquel nous faisons référence est la taille de la topologie spatiale,Lorsque nous disons que l’univers est infini, nous entendons l’univers infini en termes de structure spatiale.C’est-à-dire que si nous volons dans l’une ou l’autre direction et que nous ne touchons pas la limite ou ne revenons pas au point de départ, alors nous définissons cette situation comme infinie.
Voici un concept très intéressant appelé :« Univers observable » signifie « l’univers que nous pouvons voir ».
L’univers observable est vraiment grand et petit,它的半径是 460 亿光年左右，直径就是 920 亿光年左右，也有说 465 和 930 的，但这个不重要，尺度大到这种程度上，误差 10 亿光年不算什么。你们经常会在一些科普书或者科普视频中看到，说我们的宇宙半径是 460 亿光年，指的其实是“可观宇宙”的大小。
La taille de l’univers observable, environ 930 milliard d’années-lumière de diamètre
Alors, comment ce concept d’univers observable a-t-il vu le jour ?En fait, cela est dû à la vitesse limitée de la lumière.
Lorsque nous regardons dans les profondeurs lointaines de l’univers,La distance à laquelle nous voyons dans l’espace est en fait la distance à laquelle nous pouvons voir dans le temps，这两者其实是一体两面的。比如说，仙女座大星系距离我们 250 万光年，也就是意味着，从仙女座大星系发出的光，要经过 250 万年才能抵达地球，所以我们现在看到的就是它 250 万年前的样子。同样的道理，当我们望向一个几亿光年外的星系时，我们看到的其实是它几亿年前的样子。
La Grande Galaxie d’Andromède
我们都知道宇宙的年龄大约是 138 亿岁，也就是说，我们所能看到的最古老的光子，也不会超过 138 亿年前发出的。那么问题来了，既然最古老的光子也只有 138 亿岁，为啥可观宇宙的半径不是 138 亿光年，而是 460 亿光年呢？
Parce que l’univers est en expansion.Lorsque ces photons volent, l’univers lui-même s’étend.Vous pouvez considérer un photon comme une personne marchant sur une passerelle automatisée dans un aéroport, et la distance parcourue par la personne plus la distance parcourue par la passerelle automatisée est la distance que la personne parcourt par rapport à l’observateur. Ainsi, la distance entre n’importe quelle galaxie que nous voyons dans le ciel nocturne et nous est la distance à laquelle les photons volent plus la distance à laquelle l’univers lui-même s’étend.
L’univers est en expansion
Sur la base de la vitesse à laquelle l’univers s’étend, les scientifiques peuvent calculer que le photon le plus ancien que nous pouvons théoriquement voir se trouve à environ 460 milliard d’années-lumière, ce qui est le concept d’un univers observable.Mais nous ne devons pas confondre l’univers observable avec la taille de l’univers entier.超出 460 亿光年外的星系不是不存在，只是它相对我们的退行速度已经超过了光速，我们永远永远也不可能看到了。
À ce stade, je dois vous dire une conclusion très pessimiste. Parce que notre univers s’est développé à un rythme accéléré, presque toutes les galaxies s’éloignent de nous à un rythme accéléré. Eh bien, un jour, même la galaxie la plus proche de nous s’éloignera de nous plus vite que la vitesse de la lumière.À cette époque, s’il y avait encore des civilisations intelligentes dans la galaxie, l’univers qu’elles verraient ne serait que la galaxie elle-même.La Voie lactée, c’est tout l’univers.
Parfois, j’y pense, nous avons de la chance de pouvoir vivre dans une telle ère cosmique, et nous pouvons encore voir un univers plein de fleurs et de mille formes.La civilisation intelligente du futur n’aura peut-être pas cette chance.
Galaxie
Si vous connaissez un peu l’histoire de l’astronomie, vous saurez qu’au début, les terriens pensaient également que la Voie lactée était l’univers entier, et plus tard, les astronomes ont découvert des galaxies extragalactiques, pour comprendre qu’il y a en fait d’innombrables galaxies dans l’univers. Et dans un avenir lointain, la civilisation intelligente de cette époque reviendra à la compréhension humaine de l’univers il y a plus de 100 ans. Si la connaissance de l’univers découverte par la civilisation humaine peut être transmise à ce moment-là, alors,L’univers regorge de galaxies de formes diverses, qui deviendront une ancienne légende.
Maintenant que nous avons parlé de la taille de l’univers dans l’espace, examinons une autre question sur l’univers :Y a-t-il une quantité infinie ou finie de matière dans l’univers ?
Il est intéressant de noter qu’il y a des auteurs de vulgarisation scientifique bien connus qui font des erreurs sur cette question. Il existe de nombreux livres ou articles de vulgarisation scientifique, et lorsqu’ils introduisent la dernière connaissance moderne selon laquelle l’univers est infini, il est naturel de déduire que puisque l’univers est infini, il contiendra une quantité infinie de matière, et une quantité infinie de matière signifie,Du point de vue de la probabilité, dans les profondeurs lointaines de l’univers, il y aura inévitablement une copie de la terre, et il y aura un vous et un moi identiques.Ce concept mathématiquement valide et extrêmement intéressant provient du livre classique de vulgarisation scientifique du célèbre écrivain de vulgarisation scientifique Green « Hidden Reality : What Are Parallel Universes ».
Je ne sais pas si vous comprenez ce que je viens de dire par « d’un point de vue probabiliste ». Parce que c’est intéressant, je vais revenir en arrière et dire quelques mots de plus. Quand nous avons appris les probabilités au collège, nous avons tous appris le principe du tiroir, s’il y a 2 balle à placer dans 0 tiroir, il doit y avoir 0 balle à placer dans un tiroir.
Schéma du principe du tiroir
La terre peut être vue comme une combinaison d’innombrables atomes, tant que le nombre total d’atomes est fini, alors les différents arrangements qui peuvent être composés de ces atomes sont également limités, et les formes d’arrangement fini sont comme des tiroirs, et s’il y a des quantités infinies de matière dans l’univers, cela équivaut à avoir un nombre infini de petites boules à mettre dans un tiroir limité, et il y aura inévitablement plus d’une boule dans un tiroir. En d’autres termesL’arrangement et la combinaison des atomes de la terre n’apparaîtront pas seulement une fois dans l’univers, ils se reproduiront inévitablement.
Mathématiquement parlant, c’est effectivement vrai. Mais hélas,Green fait une erreur ici, que l’univers qui est infini dans l’espace n’est pas le même que celui qui doit être infini dans la matière.
Nous savons tous que l’univers est né d’un Big Bang il y a 138 milliard d’années, et qu’au moment zéro du Big Bang, l’univers entier était contenu dans un très petit espace appelé la Singularité, qui n’était pas aussi grand qu’un atome. En d’autres termes, dans les premiers stades du Big Bang, l’univers n’était pas plat, mais avait une très grande courbure.Dans un espace aussi fini, il y a aussi une limite à la quantité de matière qui peut être contenue.
Un univers avec une quantité finie de matière ne peut pas devenir un univers avec une quantité infinie de matière.Après une inflation brève et frénétique, l’univers a été explosé en un univers qui était complètement plat dans la courbure de l’espace, si topologiquement qu’il est devenu une structure spatiale infinie.
Le Big Bang
Cependant, reconnaissant cela,La question de savoir exactement quelle quantité de matière est contenue dans l’univers n’a pas été résolue.从理论上来说，因为能被我们看到的宇宙空间是有限的，也就是我们前面说的可观宇宙的大小是半径 460 亿光年的一个球体，所以，我们永远不可能靠天文观测来测定宇宙中物质的总量。要解决这个问题，只能靠纯理论上的推导。换句话说，Les scientifiques n’ont fait que théoriser la quantité de matière contenue dans la singularité au moment du Big Bang.
Mais malheureusement, il n’y a actuellement pas de réponse à cette question en raison du fait que,La meilleure théorie actuelle de l’univers, la théorie de la relativité générale, ne peut pas décrire la singularité.
Alors, y a-t-il un nombre infini de matière dans l’univers ou une abondance finie ? Y a-t-il une réponse à cette question ? Nous en reparlerons dans le prochain numéro.