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是否有可能宇宙只是光子的“引力红移”并没有膨胀?
在天文术语中,宇宙尺度因子的二阶导数是一个正值,这意味着远离地球的星系的速度应该随着时间的演变而继续增长,这个速度是哈勃定律中提到的倒退速度,大概是从1998年的时候,对Ia超新星的观测中获得的数据表明宇宙的膨胀速度正在加快,天文学家研究了许多模型来解释宇宙的加速膨胀,包括某种形式的暗能量,宇宙常数,第五元素,暗流体,魔力暗能量具有很强的负压,在空间中分布相当均匀。
这是暗能量最重要的特性之一,科学家们得出了相反的结论,行星将越来越近,如果宇宙在膨胀,它的密度也必须在减小,因为物质之间的空间在增大。
如果扩张继续加速,除了人类所在的处女座超级星系以外的所有其他星系团都将发生极大的红移和加速,这使得探测到它们更加困难,遥远的宇宙也将变得越来越暗。
根据宇宙学假说的大撕裂,魔法能量的数量将导致由指数函数增加的发散和膨胀,克服局部星系的引力,完全撕裂处女座超级星系,然后撕裂银河系,太阳系,最后甚至是小原子,宇宙膨胀加速度的测量是决定宇宙最终命运的关键,然而,这一重要发现可能不会在短期内实现。
在引力红移中,因为当引力场作用于光子时,那么他的光子能量会增加,他的波长会变短,但是他的频率会增加,如果光子克服重力工作的话,光子能量会减少,波长边长和频率将会降低,此时,光子能量和引力场势能相互交换, 光子红移能量在引力场中转化为势能。
关于是否有可能宇宙只是光子的引力红移并没有膨胀的问题,今天就解释到这里。
宇宙学 | 宇宙的视界及因果关联
视界,宇宙的边界,一个充满神秘与科学交融的词汇。
宇宙的视界,如同地平线,划分了可观测与不可见的界限。
宇宙的边界定义有三种类型:粒子视界、事件视界和哈勃视界。
首先,粒子视界,光的旅行路径与宇宙背景的RW度规相联系。
光在宇宙中以光锥形式运动,视界由共动距离和当前尺度因子决定,代表了光在特定时刻可以到达的最远点。
在粒子视界之外的物质与O点无因果关联,我们无法观测到。
接着,事件视界,随着宇宙膨胀速度的增加,一部分区域逐渐脱离我们的可观测范围。
在从某时刻t到无穷大时间内,事件视界内物质将与外部建立因果联系,从而影响观测。
最后,哈勃视界,也被称为表观视界,通过尺度因子与共动距离计算得出。
在光速范围内,哈勃视界代表了宇宙的边界,哈勃半径是宇宙半径的量化表示。
在考虑空间曲率时,哈勃视界表达式会相应调整。
在自然单位制下,哈勃常数的倒数1\H定义为宇宙半径。
在平坦空间中,哈勃视界正是我们所处的宇宙边界,哈勃半径成为宇宙尺寸的直接体现。
暴胀宇宙模型暴胀宇宙模型与标准宇宙学
暴胀宇宙模型与标准宇宙学在解释宇宙起源和演化时提供了不同的视角。
标准宇宙学以宇宙大爆炸为基础,这一理论体系在逻辑上清晰、物理基础强大,并且能很好地与观测事实相吻合。
然而,标准宇宙学存在一些基本的困难,如视界疑难、平直性疑难和磁单极疑难。
在宇宙大统一时代以前,温度高于临界温度Tc时,宇宙处于对称状态(φ=0)。
当温度降至Tc,对称态向破缺态(φ=σ)发生相变,但由于势垒的存在,宇宙暂时停留在对称态。
随着宇宙膨胀,温度降至Tc以下,破缺态成为真正的真空状态。
在势垒较大的情况下,宇宙还会在对称假真空态上停留一段时间。
因此,在这一亚稳态下,宇宙所处的能量密度非零,导致了宇宙在暴胀阶段的快速膨胀,即在大统一理论的估算下,过冷对称相的真空能量密度促使膨胀速率极快。
暴胀阶段中,宇宙的膨胀速率远高于标准模型中早期宇宙的膨胀规律,这使得宇宙在短短10秒内膨胀了约10倍以上。
这意味着我们现在观测到的宇宙尺度只是视界中的很小一部分,从而解决了视界疑难。
在考虑暴胀相后,今天的观测宇宙只不过是暴胀前破缺产生的均匀真空小区域内的一小部分,磁单极自然数量极少。
从现在宇宙出发,由于物质密度与宇宙尺度成反比关系,当反推到宇宙早期时,物质密度非常接近于临界密度。
暴胀宇宙学暗示Ω=1,表明宇宙应是平直的(k=0),或者说是爱因斯坦-德西特宇宙。
这一模型指出,在暴胀过程中,宇宙的膨胀速率极大,使得在早期Ω非常接近于1,且现在的值也接近于1。
视界疑难指出,在宇宙刚诞生时,具有相互影响的两点之间的最大距离与宇宙年龄成正比。
而宇宙的尺度因子R与时间t的比例关系取决于宇宙的主导物质状态。
辐射为主的时期R(t) ∝t1/2,物质为主的时期R(t) ∝t2/3。
然而,视界距离随时间增长得比R快得多,导致了现在观测到的尺度范围内的物质分布几乎是均匀的,这与大统一时代的大尺度不均匀性形成了鲜明对比,难以解释均匀性如何形成。
平直性疑难涉及宇宙膨胀与临界密度之间的关系。
当k=0时,宇宙空间为平直空间,临界密度ρc=3H/8πG。
在物质主导时期,物质状态是非相对论的,ρ∝R;在辐射主导时期,ρ∝R。
通过分析宇宙膨胀速率与物质密度的关系,可以发现宇宙早期的物质密度非常接近临界密度,偏差极小。
这暗示了宇宙应严格满足Ω=1,从而推断出宇宙空间应是平直的。
磁单极疑难关注的是磁单极在不同真空态区域交界处的数量。
在大统一时代,磁单极数密度大约为10厘米^-3,与今天观测到的磁单极数密度(约2X10厘米^-3)相比,只小了一个到两个数量级。
然而,考虑到磁单极的质量非常大,它们对宇宙密度的贡献远超过临界密度,导致宇宙年龄异常年轻,与观测结果相矛盾。
这一现象促使寻找磁单极成为宇宙学研究中的一个重要问题。
为解释大爆炸宇宙模型最初一刹那所存在的问题,1979-1981 年由美国古斯(A . Guth)、温伯格( S . w einberg)和威尔茨克印.w ilczek )根据粒子物理大统一理论首先提出的一种仍属半经典理论的宇宙模型。
认为宇宙早期“真空”中有超光速物质存在,宇宙在最初10 - - “七1 丁32 秒按指数攀胀,其间温度急剧下降后回升,视界距离急增,物质向现有粒子形式转化。
其余演化过程和大爆炸模型一致,有奇点,但可观测范围总小于视界距离。
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