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z11次列車_如果宇宙大爆炸以超光速膨脹,那這么多年我們看北斗七星為什么依然在那里?

2023-06-26 15:10:03 作者:蔡金盛
大爆炸至少在兩個時期內(nèi)以超過光速的速度膨脹。一是在大爆炸的第一秒之前,有一次暴脹,超過光速很多倍;另一個是現(xiàn)在,根據(jù)哈勃常數(shù)的測量值,宇宙的膨脹速度仍然是光速的三倍以上。

至于宇宙在這兩個時間段中間的膨脹速度有多快,是否有暴脹階段,目前還沒有定論。

這兩個擴展都是基于詳細(xì)的科學(xué)觀察數(shù)據(jù)或者數(shù)理邏輯建模,不是隨便說說的。因為宇宙的超光速膨脹,我們138.2億歲的宇宙的可觀測直徑將達(dá)到930億光年。

在我們的宇宙中也有一個不可觀測的宇宙。這個不可觀測的宇宙到底有多大,科學(xué)界至今還沒有給出答案。

大爆炸理論已經(jīng)討論了100 多年。理論體系日趨成熟,并得到越來越多的觀測證據(jù)和實驗數(shù)據(jù)的支持。而且,這個理論可以完美地適用于各種宇宙現(xiàn)象。因此,大爆炸宇宙學(xué)是目前解釋宇宙工作狀態(tài)最好的理論,成為科學(xué)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)說。

科學(xué)家發(fā)表的每一項發(fā)現(xiàn)或理論,都不是空談,而是有大量詳盡的數(shù)理邏輯論證或觀測數(shù)據(jù)支持?,F(xiàn)在有些人莫名其妙地否認(rèn)大爆炸理論。這些人對相關(guān)專業(yè)知識知之甚少,甚至一無所知,只是拍腦袋否定科學(xué)界的一些重大發(fā)現(xiàn)和理論。這種人最典型的表現(xiàn)就是不尊重科學(xué),甚至反智、反科學(xué)。

我說這話的時候,肯定有很多人不服氣,會勃然大怒,會惡狠狠地罵罵咧咧。反正時空通訊都被罵搞科學(xué)了,對他們麻木了。對于那些沒文化、厚顏無恥、自以為聰明的“井上蟾蜍”,說話不好聽的人,覺得實在沒有交流的余地,就會一律屏蔽。提前告訴你,你激動得想尿尿噴你的陽關(guān)路,我過我的獨木橋,好好走,不送你了。

那么為什么宇宙的膨脹速度超過了光速,而我們看到的星空卻千年不變呢?下面時空通訊將和愿意接受科學(xué)知識的人一起探討這個問題。上文提到,宇宙的膨脹經(jīng)歷了一次激增,也就是大爆炸開始時10^-36秒到10^-32秒之間的暴脹期。即從大爆炸后的0.00000000000000000000000000000000001秒到0.000000000000000000000000001秒,宇宙經(jīng)歷了2^100倍的加速,達(dá)到了10^30倍。這是怎樣的驚人暴漲?比光速快多少倍?如果你擅長數(shù)學(xué),你可以做數(shù)學(xué)。如果之前的宇宙是1毫米,那么這次暴脹之后會有多大呢?當(dāng)然,科學(xué)界對于暴脹前的宇宙有多大還沒有定論。

但我們只能感受到這種涌動,卻看不到。因為宇宙用了30萬年才發(fā)出第一道光,宇宙在這30萬年里膨脹了多少,至今還是個未知數(shù)。這是宇宙的第一視界,也就是過去的視界,是不可觀測宇宙的第一段。這個地平線的情況還不清楚。

目前的宇宙還在以超光速的速度膨脹,這是由科學(xué)界測量的哈勃常數(shù)決定的。哈勃常數(shù)是根據(jù)哈勃定律測得的宇宙膨脹率的值。 2013年,歐洲航天局公布了普朗克衛(wèi)星的測量結(jié)果。當(dāng)時最新的哈勃常數(shù)值為67.800.77(km/s)/Mpc。

這個值的意義就是宇宙中的星系離開我們的速度。每326 萬光年(百萬秒差距),每秒增加67.8 公里,正負(fù)誤差為0.77 公里。該數(shù)據(jù)根據(jù)距離平均增加。這樣一來,我們就可以計算出,距離我們可觀測宇宙465億光年半徑的星系將以每秒96.7萬公里的速度離開我們,這是光速的三倍多。

這個結(jié)果是基于對宇宙的觀測,證明宇宙的膨脹是各向同性和均勻的。

所謂宇宙各向同性均勻膨脹,就是說無論我們從哪個方向看,距離相同的遙遠(yuǎn)星系以相同的速度離開我們,離我們越近越慢,離我們越遠(yuǎn)。它們越快,表現(xiàn)出均勻的增長率。這意味著我們的宇宙沒有中心,就像一個氣球(簡單的比喻,現(xiàn)實比這復(fù)雜得多),當(dāng)氣球很小的時候,所有的星系都擠在一起,隨著氣球不斷膨脹,各自的星系彼此分離,彼此遠(yuǎn)離,離得越遠(yuǎn),離開得越快。

我曾經(jīng)用竹簽來比喻宇宙膨脹速度的疊加。每1米插一根竹竿,插100根竹竿,最近的竹竿離我們1米,最遠(yuǎn)的竹竿離我們100米。宇宙膨脹就是每根竹竿同時分開,每根竹竿之間的距離增加1米。離我們最近的竹竿離我們2米,最遠(yuǎn)的竹竿離我們200米。

這就是宇宙膨脹的速度計算方式。哈勃常數(shù)用326萬光年的竹竿測量宇宙,465億光年需要插14263.8根竹竿。每極之間的距離每秒增加67.8公里,離我們最遠(yuǎn)的達(dá)到每秒96.7萬。光速為每秒30萬公里,是光速的3.22倍。

最近,科學(xué)界對哈勃常數(shù)進行了更精確的測量,調(diào)整了誤差,這個值增加了9%,說明宇宙的膨脹速度沒有那么快了。這里還涉及到宇宙年齡的問題,不屬于本文討論范圍,就此打住。

上述宇宙膨脹速度表明,所謂宇宙超光速膨脹,是指宇宙整體膨脹超過光速,即宇宙“氣球”表面的整體膨脹。宇宙超光速,并不是每個星系都超光速彼此分離。這樣,我們就可以根據(jù)哈勃常數(shù)簡單地計算出每1光年的膨脹速度:大約只有每秒20厘米。

而我們?nèi)庋鬯芸吹降臐M天星斗,有幾千光年的,有4光年的。大多數(shù)恒星距離我們大約一兩百光年。大多數(shù)北斗七星距離我們有70到80光年,最遠(yuǎn)有124光年,平均距離約為87光年。根據(jù)哈勃常數(shù),這個距離的膨脹速度是每秒17.4米,也就是每年大約55萬公里。 1光年的距離是9.46萬億公里。以每年55萬公里的膨脹速度計算,移動1光年大約需要1720萬年。

也就是說,用1720萬年的時間,北斗七星運動的變化只有我們眼中的1/87。這種運動,我們的肉眼能在短時間內(nèi)或幾千年內(nèi)看到嗎?

當(dāng)然實際上是星星的運動并不只是宇宙膨脹的移動,尤其近距離恒星或者星系,主要還是引力和運行規(guī)律導(dǎo)致變化,實際上比膨脹帶來的變化大得多。所以北斗七星的形狀在10萬年間就會有較大變化。這個問題時空通訊在過去有過闡述,有興趣者可以前往查看。

所以我們要正確理解宇宙整體膨脹和宇宙尺度近距離星系恒星變化的關(guān)系,這樣才能夠更好的理解大爆炸理論。另外還需要說明的是,宇宙膨脹是空間的膨脹,這個速度不受光速藩籬限制,并沒有影響?yīng)M義相對論光速是宇宙中最高速度、凡具有靜止質(zhì)量的物質(zhì)都無法達(dá)到光速的結(jié)論。

我們還要弄清宇宙尺度為465光年半徑只是指可觀測宇宙,而不是整個宇宙 。前面說過宇宙有一個過去視界,我們觀測不到;現(xiàn)在宇宙依然高速膨脹,必然導(dǎo)致有一些最遙遠(yuǎn)星系的星光永遠(yuǎn)傳不到我們的視線,也就是說有一部分宇宙永遠(yuǎn)不會被我們觀測到。這就是所謂宇宙的未來視界。

過去視界和未來視界組成了不可觀測宇宙,這個不可觀測宇宙我們無法知道有多大,所以整個宇宙到底有多大,目前還蒙在鼓里。

但有一點是肯定的,這個宇宙是動態(tài)的,是有限的,這個結(jié)論自從相對論出世和發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹以來就確定了,這個結(jié)論是以否定經(jīng)典靜態(tài)無限宇宙論為前提的。

時空通訊專注于老百姓通俗的科學(xué)話題,歡迎大家都來探討。原創(chuàng)文章,請尊重作者版權(quán),謝謝理解與合作。

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