宇宙膨胀的速度是多少 (宇宙膨胀的速度比光速快吗)

admin 2024-12-05 35 0

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宇宙膨胀的速度是多少

根据美国女天文学家温迪·弗里德曼领导国际科研小组的研究数据,宇宙膨胀的速度为72公里每秒。

宇宙的膨胀速度被称为宇宙膨胀率,根据科学研究及天文观测发现从宇宙大爆炸开始,整个宇宙在不断膨胀,星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部份,而不是由于任何斥力的作用。

美国天文学家首次直接观测到了一颗造父变星的直径变化,从而能直接计算它与地球之间的距离。

这将有助于更精确地测量各星系与地球的距离,“校准”宇宙膨胀率。

观测发现,造父变星的光变周期与其真实亮度有关,因此从地球上观测到的亮度同它们与地球的距离相关。

宇宙膨胀的速度是多少 (宇宙膨胀的速度比光速快吗)

宇宙的膨胀速度是否大于光速?

首先结论是宇宙膨胀速度并不比光速快。

根据相对论可知,局域性物资速度不会超过真空中光速,就可以否定这个结论。

但为什么会有人出现宇宙膨胀速度比光速快的说法呢?

我们确实有一个宇宙膨胀速度这么一说,而且宇宙膨胀速度约为70km/s/ Mpc(Mpc指的是百万秒差距,长度单位,约为326万光年),这个速度的含义为:在每增加300万光年的距离上(或每过300万年),星系远离地球的速度增大67.80±0.77千米每秒。

有单位上来看,光速单位是30万km/s(千米每秒),宇宙膨胀速度单位为70km/s/ Mpc,物理上单位不同是不能作比较的,虽然都是速度,但完全不是一回事。

而关于星系远离的速度的测量,是根据光的多普勒效应(v=v [(c+u)/(c-u)]^0.5)计算的,也就是光的红移现象。

另外,宇宙中发生光的红移现象有多种原因:

一是退行速度,也就是星系离开观察者的速度。

二是爱因斯坦的广义相对论现象,由于空间弯曲也会使得光线在宇宙空间传播损失能量,宇宙可能并非完全平直,所以在远距离时也有红移现象。

三是宇宙空间并非完全真空有极少量物质,如宇宙射线,宇宙背景辐射。

另外还可能存在暗物质,暗能量,光线在穿越亿万光年后,也会出现红移。

所以哈勃常数在是否可以推算宇宙边缘465亿光年外的速度上,没有充分完备的科学依据。

宇宙其实并不存在所谓的边缘,宇宙其实处处是中心,处处是边缘。

根据这个思想,如果宇宙膨胀速度会超光速,那么我们所在的银河系就已经超光速了。

如果是这样,爱因斯坦的理论就要变为光速是宇宙最低速度,所有物质运动的速度不可低于光速。

综上所述,宇宙超光速膨胀这一推理是错误的。

宇宙竟然膨胀得比光速还快?

你也许会经常听到“宇宙膨胀的速度比光速还快”这样的言论。

但是,这种说法和“绿色比快乐更重要”类似,它是完全没有逻辑可言的,甚至不能用对错来评判。

在谈论宇宙膨胀的时候,请记住:宇宙不是在以一个特定的速度膨胀,它膨胀的速度随观测者距离的增加而加快。

现在宇宙膨胀的速度大约是每秒70千米每百万秒差距(1秒差距大约等于3光年)。

这意味着如果一个星系距离我们大约一百万秒差距,那么它“离我们越来越远”的平均速度为70千米每秒。

类似的,距离我们两百万秒差距的星系“离我们越来越远”的平均速度为140千米每秒。

注意文中拗口的措辞:我们说遥远的星系在“离我们越来越远”,而不是在“远离”(因为遥远的星系是随着它们所在空间的膨胀而离我们远去,而不是它自身具有远离我们的速度)。

开始的时候,红点和黄点之间的距离为1,红点和绿点之间的距离为2。

当我们将“宇宙”的尺寸变为原来的两倍时,红点和黄点之间的距离变为了2,红点和绿点之间的距离变为了4。

黄点退行的速度为1,而绿点的退行速度为2。

看起来绿点比黄点“运动”得更快,实际上所有的点在空间膨胀的过程中都是静止的。

想象宇宙膨胀最简单的方法就是想象一个常见的物体膨胀,例如气球。

假设你有一个爬满了蚂蚁的气球,然后慢慢地给它充气,那么那些离得非常近的蚂蚁几乎感觉不到气球的膨胀。

但是,如果两只蚂蚁相距越远,膨胀导致的距离增长就明显。

如果一只在气球一端的蚂蚁尝试去另一端拜访她的姐妹,她也许会发现她们之间的空间距离增长的速度比她们相互靠近的速度更快。

当距离满足蚂蚁爬行导致空间距离以一定速率减小的值和气球膨胀导致空间距离以一定速率增加的值相等时,该距离称为“蚂蚁视界”。

任何相距超过该距离的两只蚂蚁将永远无法相遇。

相应的,任何位于该距离之内的两只蚂蚁则有可能相遇(如果它们想的话)。

在上面的图片中,如果蚂蚁的速度为2,那么从黄点出发的蚂蚁可以到达红点,但是从绿点出发的蚂蚁会发现它和红色的距离始终不变(如果它一直朝红点爬)。

“蚂蚁视界”是一种相当好的可见宇宙边缘的模拟。

蚂蚁移动的速度可被其所处在气球的那部分所表现出来。

而光传播的速度和它穿过的空间的情况与之类似 (从专业的角度来说,是和在空间中“静止”的物体相关。

如果上述从绿点出发的蚂蚁是一束光,地球位于红点,我们会感觉到这个光子仿佛是静止的!因为光向我们靠近的速度和宇宙膨胀的速度刚好相同。

如果有外星人在绿色点位置,那么他们会发现这个光子确实以光速远离,因为它们随着空间膨胀而“远离”该光子。

当然,上述的描述都是以地球,即红点为参考的情况下)。

我们所能看到最古老的光子,来自非常接近可见宇宙边缘内侧的地方。

但这并不是说超过可见宇宙边缘的物体的运动速度就比光速快(几乎所有星系、气体和各种物体的运动速度都比“气球”膨胀的速度要慢得多),而是来自更远处的光子,由于光速赶不上空间膨胀的速度而无法被我们观测到。

可见宇宙外的光子仍旧以光速运动,而且它们也一直在尝试着向我们靠近,但空间膨胀得实在太快了。

接下来,该模拟将不再适用,并且会使我们产生直觉错误。

当我们在给气球充气时,气球的两端确实在相互远离。

你可以用一把尺(卷尺)和计时器测量,然后发问:“学习物理的伙计们,能告诉我气球膨胀的速度是多少吗?”。

更糟糕的是,当一个气球膨胀时,它是向着周围的空间膨胀的。

这也引出了一个问题:“宇宙在向什么地方膨胀?”。

但请记住,所有物理学家关心的都是宇宙中物体间的关系(气球表面上的东西)。

如果你在气球表面上画一幅画,无论气球是被挤压凹下去,甚至是被里外颠倒,你的画都不会发生变化(所有的距离、角度、密度等等都保持相同)。

有趣的是:用气球比喻宇宙可能是完全错误的。

因为根据现代天文学最新的观测数据,宇宙是平直的,这代表着宇宙并不是一个封闭的球面或者超球面,即我们在任意方向上走无穷远的距离都不会回到起点。

这意味着我们无法用速度来描述宇宙的膨胀(因为我们没有“气球的远端”来做参考,我们只能说,和我们相距多少远的地方,宇宙膨胀速度是多少)。

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