Question

真实的宇宙恐怕并不是我们看(观察)到的或(/和)推断出的景象吧?

Answer 1

确实不是所见即得.首先,我们需要明白关于宇宙我们想要知道的是什么.正如其他答案提到的,我们想要知道的,不仅仅是宇宙在可见光波段看起来是什么样子.而且,实际上,我们想要知道的还有更多,我们要知道宇宙的成分,要知道各成分的分布,以及这都是为什么,当然更进一步的话可以考虑如何改变宇宙.那如何获取这些信息呢?基本上而言,光波(电磁波)是我们获取宇宙成分和结构的主要方式.例如,我们可以通过光学望远镜来做巡天,获取可以观测到的恒星的信息.这方面的巡天很多(可以从这里面挑一下: GalaxySurveys ).这样我们可以获得关于可见光波段的天体的信息,然后依据现有模型得知了组成这些天体的物质的分布.当然,仅仅可见光是不够的,我们的巡天的观测是分布在很多波段的,包括微波波段等等,比较著名的是宇宙微波背景辐射的观测.题目提到了这样的问题,即 1.光速有限和 2.引力透镜效应.其实有两个很关键的问题,1.我们获取这些观测信息之后还要处理出来,而不是直接说这就是宇宙的样子.2. 宇宙是什么样子的,其实是有很深的内涵的,这个本来就有很多方法定义.对于第一点,可以这样理解.我们在还原宇宙的模样的时候,是需要把光的传播时间和引力透镜的效应去掉的.怎么讲呢?例如我们拿到了微波背景辐射的信息,那么我们只能说这是获取了宇宙在大约(标准宇宙学模型)宇宙诞生后38 万年左右的最后散射界面的信息.我们拿到的只是一些微波的分布信息,我们需要用统计方法来把其中的引力透镜的信息分离出来(挺难的),这样我们就得到了宇宙38 万年时的信息和一些 38 万年之后光子路径上的一些信息.然后我们可以拿到超新星的数据,根据这些信息可以获得宇宙在后期的一些信息.如此如此,综合很多信息之后,我们才可以大致重建宇宙的演化历史,即在不同的时段宇宙中都含有那些成分以及这些成分如何分布的.(这是一个很难的工作,目前我们尚未完成.)可能到这一步就可以解答题目的疑惑了.不过,实际上还有一个很大的问题,就是我们如果要描述宇宙在任意时期的状态,需要给出想办法对宇宙的状态打上时间标签,这一步在日常生活中是很简单的一件事情,比如我们可以拿秒表为运动员计时,记录运动员在每一秒所处的位置,最后我们就获得了一份完整的运动员在任意时刻所处位置的信息.在宇宙学中,这一步是有很多问题要考虑的.了解狭义相对论的可能见识过这个相对性了,即等时面的相对性.也就是说,我们有无数中方法来选取一个世界在某一时刻的切片,再简单点说,我们甚至可以选取这样一个等时面,即我认为每远离我一米的地方,需要在我们现在所用的北京时间上面加上一秒,才是跟我所处的地方是等时间的.这在日常生活中时间很诡异的事情,但是在宇宙学中,由于其庞大而且有各种引力场,这种可以随便选取等时面的事情就变得很明确,虽然我们常用的可能就是几种,但那也不过是为了计算方便.上面这段提到的这个问题,是的我们为宇宙的状态打上时间标签就不容易了.没法打上时间标签,那我们又该如何说宇宙到底是什么样呢?