既然宇宙超光速向外膨胀,光应该永远传不到地球,怎么还能看见?宇宙在超光速向外膨胀这句话显然是马马虎虎的说法。那么,宇宙的膨胀速度...
既然宇宙超光速向外膨胀,光应该永远传不到地球,怎么还能看见?
“宇宙在超光速向外膨胀”这句话显然是马马虎虎的说法。那么,宇宙的膨胀速度究竟是否超光速呢?
是,也不是。宇宙的膨胀速度取决于你所观测的距离。宇宙并没有一个固定的膨胀速度,只有单位空间距离的膨胀速率,即哈勃常数。
1929年,埃德温·哈勃(Edwin Hubble)完成了一项划时代的观测,即无论你朝哪个方向看,遥远的星系都在快速地远离我们而去。甚至星系红移的大小也不是随机的,红移量居然与星系离我们的距离成正比。
换言之,星系越遥远,远离我们的速度就越快。任何时刻,不同星系间的距离都在不断增大。这意味着宇宙一直在膨胀,这一哈勃观测结论被称为20世纪天文物理学的一项伟大理性革命。
哈勃定律公式是,Vf=HoxD。其中,Vf为视向退行速度km/sec;Ho为哈勃常数km/sec/Mpc;D为相对于观测者(地球)的距离Mpc。
不同时期、不同机构,使用不同的观测方法对哈勃常数的分析结果,其数值也有一定差异。根据普朗克(Planck)卫星最新测定,将宇宙膨胀的哈勃常数的扩张率修正为67.4+/-0.5km/s/Mpc。即每1百万秒差距的距离(约合326万光年),其空间距离膨胀的速率为每秒67.4km,意味着距离我们326万光年远的星系相对于我们的退行(远离)速度是每秒67.4km(实质是空间在增大)。
按照哈勃定律估算,大约距离地球145亿光年之外的星系在超光速远离我们(需要指出的是,这个以光年计的距离并不能等同到静态的宇宙年龄来理解)。也就是说,远于145亿光年外的空间(包括星系)相对于我们在超光速向外膨胀。
一个离我们145亿光年距离的星系在遥远过去发出的光线传到地球时,由于空间膨胀该星系此时的实际位置距离我们已有约465亿光年。因此宇宙学上的可观测宇宙半径大约为465亿光年。
这样,超过145亿光年距离的星系发出的光线永远到达不了地球。只有145亿光年距离以内的星系发出的光线仍可传递到地球,迟早会被我们所观测看到。
科学家还告诉我们。第一,无论望远镜尺寸和能力有多大,都不能看到比145亿光年更远处是什么样子。第二,随着宇宙变老,可观测宇宙会不断变大。每一年它的半径都会增大1光年。不幸的是,最终可观测宇宙的增大无法赶上空间的加速膨胀。我们能够看见的星系将越来越少。第三,毫无疑问,宇宙中的每一个位置或观测者,都各自处在他们自己狭小的“可观测宇宙”之中。
目前的天文观测证据表明,我们的宇宙将会继续加速膨胀下去。星系间彼此将分离得越来越远,它们在大尺度上即使有相对移动也无法战胜由于空间膨胀造成的相互之间距离的增大。最后,宇宙中的每一个星系都会成为相互“看不见”邻居的孤岛。我们的夜空将越来越黑暗。
有的天文学家认为,从星系到单个原子的所有物质都会被这种极端的膨胀所撕裂,即所谓的宇宙大撕裂(Big Rip)。所有的物质将无序地弥散到空间中,遥远的未来,宇宙或是一锅越来越稀的基本粒子的“稀粥”。所有粒子将分离得越来越远,越来越冷。
科学家猜测,由于空间加速膨胀,宇宙空间大撕裂很可能是宇宙最后的归宿。他们还戏言大撕裂离现在或许还有167亿年,早期的宇宙是炽热和致密的,而晚期的宇宙则是黑暗和寒冷的
为什么说宇宙在加速膨胀?
这个论点是怎么提出的,有观察证据吗?大约在50亿年前,宇宙所有的物质都高度密集在一点,有着极高的温度,因而发生了巨大的爆炸。大爆炸以后,物质开始向外大膨胀,就形成了今天我们看到的宇宙。大爆炸的整个过程是复杂的,现在只能从理论研究的基础上描绘过去远古的宇宙发展史。在这150亿年中先后诞生了星系团、星系、我们的银河系、恒星、太阳系、行星、卫星等。现在我们看见的和看不见的一切天体和宇宙物质,形成了当今的宇宙形态,人类就是在这一宇宙演变中诞生的。
人们是怎样能推测出曾经可能有过宇宙大爆炸呢?这就要依赖天文学的观测和研究。我们的太阳只是银河系中的一两千亿个恒星中的一个。像我们银河系同类的恒星系 —— 河外星系还有千千万万。从观测中发现了那些遥远的星系都在远离我们而去,离我们越远的星系,飞奔的速度越快,因而形成了膨胀的宇宙。
对此,人们开始反思,如果把这些向四面八方远离中的星系运动倒过来看,它们可能当初是从同一源头发射出去的,是不是在宇宙之初发生过一次难以想像的宇宙大爆炸呢?后来又观测到了充满宇宙的微波背景辐射,就是说大约在150亿年前宇宙大爆炸所产生的余波虽然是微弱的但确实存在。这一发现对宇宙大爆炸是个有力的支持。
宇宙大爆炸的观点:
1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论:整个宇宙最初聚集在一个“原始原子”中,后来发生了大爆炸,碎片向四面八方散开,形成了我们的宇宙。美籍俄国天体物理学家伽莫夫第一次将广义相对论融入到宇宙理论中,提出了热大爆炸宇宙学模型:宇宙开始于高温、高密度的原始物质,最初的温度超过几十亿度,随着温度的继续下降,宇宙开始膨胀。
1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射,后来他们证实宇宙背景辐射是宇宙大爆炸时留下的遗迹,从而为宇宙大爆炸理论提供了重要的依据。他们也因此获1978年诺贝尔物理学奖。
20世纪科学的智慧和毅力在霍金的身上得到了集中的体现。他对于宇宙起源后10-43秒以来的宇宙演化图景作了清晰的阐释.
宇宙的起源:最初是比原子还要小的奇点,然后是大爆炸,通过大爆炸的能量形成了一些基本粒子,这些粒子在能量的作用下,逐渐形成了宇宙中的各种物质。至此,大爆炸宇宙模型成为最有说服力的宇宙图景理论。然而,至今宇宙大爆炸理论仍然缺乏大量实验的支持,而且我们尚不知晓宇宙开始爆炸和爆炸前的图景。
宇宙大爆炸理论:大爆炸理论
大爆炸理论是关于宇宙形成的最有影响的一种学说,英文说法为Big Bang,也称为大爆炸宇宙论。大爆炸理论诞生于20世纪20年代,在40年代得到补充和发展,但一直寂寂无闻。直到50年代,人们才开始广泛注意这个理论。
大爆炸理论的主要观点是认为我们的宇宙曾有一段从热到冷的演化史。在这个时期里,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,使物质密度从密到稀地演化。这一从热到冷、从密到稀的过程如同一次规模巨大的爆发。根据大爆炸宇宙学的观点,大爆炸的整个过程是:在宇宙的早期,温度极高,在100亿度以上。物质密度也相当大,整个宇宙体系达到平衡。宇宙间只有中子、质子、电子、光子和中微子等一些基本粒子形态的物质。但是因为整个体系在不断膨胀,结果温度很快下降。当温度降到10亿度左右时,中子开始失去自由存在的条件,它要么发生衰变,要么与质子结合成重氢、氦等元素;化学元素就是从这一时期开始形成的。温度进一步下降到100万度后,早期形成化学元素的过程结束(见元素合成理论)。宇宙间的物质主要是质子、电子、光子和一些比较轻的原子核。当温度降到几千度时,辐射减退,宇宙间主要是气态物质,气体逐渐凝聚成气云,再进一步形成各种各样的恒星体系,成为我们今天看到的宇宙。
大爆炸模型能统一地说明以下几个观测事实:
a)理论主张所有恒星都是在温度下降后产生的,因而任何天体的年龄都应比自温度下降至今天这一段时间为短,即应小于200亿年。各种天体年龄的测量证明了这一点。
b)观测到河外天体有系统性的谱线红移,而且红移与距离大体成正比。如果用多普勒效应来解释,那么红移就是宇宙膨胀的反映。
c)在各种不同天体上,氦丰度相当大,而且大都是30%。用恒星核反应机制不足以说明为什么有如此多的氦。而根据大爆炸理论,早期温度很高,产生氦的效率也很高,则可以说明这一事实。
d)根据宇宙膨胀速度以及氦丰度等,可以具体计算宇宙每一历史时期的温度。
按照大爆炸理论,宇宙是150亿年前从一个极小的点诞生的,从那里诞生了时间和空间、质量和能量,从而由物质小微粒聚集成大团的物质,最终形成星系、恒星和行星等。在大爆炸发生前,宇宙中没有物质,没有能量,甚至没有生命。
但是,大爆炸理论无法回答现在的宇宙在大爆炸发生之前到底是什么样,或者说发生这次大爆炸的原因是什么?按照大爆炸理论,宇宙没有开端。它只是一个循环不断的过程,从大爆炸到黑洞的周而复始,便是宇宙创生与毁灭并再创生的过程。
这只是一个设想,并不是一个完美的理论。
大爆炸理论虽然并不成熟,但是仍然是主流的宇宙形成理论的关键就在于目前有一些证据支持大爆炸理论,比较传统的证据如下所示:
a)红位移
从地球的任何方向看去,遥远的星系都在离开我们而去,故可以推出宇宙在膨胀,且离我们越远的星系,远离的速度越快。
b)哈勃定律
哈勃定律就是一个关于星系之间相互远离速度和距离的确定的关系式。仍然是说明宇宙的运动和膨胀。
V=H×D
其中,V(Km/sec)是远离速度;H(Km/sec/Mpc)是哈勃常数,为50;D(Mpc)是星系距离。1Mpc=3.26百万光年。
c)氢与氦的丰存度
由模型预测出氢占25%,氦占75%,已经由试验证实。
d)微量元素的丰存度
对这些微量元素,在模型中所推测的丰存度与实测的相同。
e)3K的宇宙背景辐射
根据大爆炸学说,宇宙因膨胀而冷却,现今的宇宙中仍然应该存在当时产生的辐射余烬,1965年,3K的背景辐射被测得。
f)背景辐射的微量不均匀
证明宇宙最初的状态并不均匀,所以才有现在的宇宙和现在星系和星团的产生。
g)宇宙大爆炸理论的新证据
在2000年12月份的英国《自然》杂志上,科学家们称他们又发现了新的证据,可以用来证实宇宙大爆炸理论。
长期以来,一直有一种理论认为宇宙最初是一个质量极大,体积极小,温度极高的点,然后这个点发生了爆炸,随着体积的膨胀,温度不断降低。至今,宇宙中还有大爆炸初期残留的称为“宇宙背景辐射”的宇宙射线。
科学家们在分析了宇宙中一个遥远的气体云在数十亿年前从一个类星体中吸收的光线后发现,其温度确实比现在的宇宙温度要高。他们发现,背景温度约为-263. 89摄氏度,比现在测量的-273.33的宇宙温度要高。
虽然已有上述证据存在,但是宇宙是否起源于大爆炸学说,仍然缺乏足够多的令人信服的证据。
宇宙大爆炸理论是现代宇宙学的一个主要流派,它能较满意地解释宇宙学的一些根本问题。宇宙大爆炸理论虽然在20世纪40年代才提出,但20年代以来就有了萌芽。20年代时,若干天文学者均观测到,许多河外星系的光谱线与地球上同种元素的谱线相比,都有波长变化,即红移现象。
到了1929年,美国天文学家哈勃总结出星系谱线红移星与星系同地球之间的距离成正比的规律。他在理论中指出:如果认为谱线红移是多普勒效果的结果,则意味着河外星系都在离开我们向远方退行,而且距离越远的星系远离我们的速度越快。这正是一幅宇宙膨胀的图像。
40年代美国天体物理学家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理论。该理论认为,宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态,这种状态被形象地称为 “原始火球”。以后,火球爆炸,宇宙就开始膨胀,物质密度逐渐变稀,温度也逐渐降低,直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象,也能圆满地解释许多天体物理学问题。1964年美国人彭齐亚斯和威尔逊又发现了宇宙大爆炸理论的新的有力证据。
该理论作为一门发展中的理论,虽然得到了绝大多数科学家的认同,但仍有一些解释不了的问题,需要进一步完善其理论体系。
我的想法如下:
宇宙膨胀速度主要通过遥远星系光谱的红移量来测定,并且已有定论:距离地球越远的星体,红移量越大,远离我们的速度越快。那么只要观测距我们不同距离的星体,从它们的光红移量中去掉不同距离造成的红移量影响,如果更远的星体红移量还有剩余,则说明宇宙在加速膨胀。因为更远的星体发出的光在宇宙中经历了更漫长的时间。
但是这种结论还未必肯定,前沿领域经常有风吹草动就被宣传为大风大雨。寻找这样的星体未必轻松,比如要求它们的光谱足够清晰能够准确计算,还要已知它们比较准确的距离差。确定星体距离本身就要寻找标准烛光等利用光谱分析,如果光谱本身还有加速膨胀造成的偏差,那么计算出的结果也未必有说服力了。
这个理论是基于爱因斯坦的狭义相对论而且是1932年勒梅特首次提出了现代宇宙大爆炸理论,之后爱因斯坦根据大爆炸理论和膨胀说建立了著名的广义相对论,而后在1965年,彭齐亚斯和威尔逊发现了宇宙背景辐射从而证明了爱因斯坦的广义相对论!
因为所有的物体距离边远时 物体发出的像红波方向,而变近会向蓝波,而观察的所有天体都是向红波方向移动,所以说宇宙在膨胀,如果宇宙是匀速膨胀的话那么就会有正好一个力(匀速运动的基本定义),这违背了宇宙的基本定理,量子力学里面的无定向运动(具体叫什么忘记了,但大概说的意思是宇宙的物质形成是没有规律的,所以不可能刚刚好有个力使宇宙匀加速),所以宇宙的膨胀只有一种可能 不断的加速!!!!!!!!!而且是越来越快一直到达不能膨胀为止!!!!
在美国《科学》杂志上联名发表文章说,通过对超新星
的研究发现,宇宙中存在一种奇怪的反引力力,正是这
种力与引力抗衡使得宇宙不断加速膨胀。
这些天文学家是利用哈勃太空望远镜和设在夏威夷
、澳大利亚和智利的地面望远镜,对来自距地球7 0 亿
光年到1 0 0 亿光年远的1 4 颗超新星的光进行分析后
获得这一发现。
天文学家们对这些极其遥远的超新星的亮度变化进
行了分析,以测定宇宙膨胀速度是怎样随时间变化的。
他们发现宇宙的膨胀速度在大爆炸以后的漫长时间里实
际上是加快了。
他们的发现至少可以解决长期困惑天文学家的一个
难题,即一些测量表明宇宙的年龄大约只有1 0 0 亿年
,比一些恒星还要年轻。该小组成员、美国加利福尼亚
大学伯克利分校的天文学家阿达姆·里斯说,如果考虑
到宇宙加速膨胀这一因素,宇宙的年龄应当是大约1 4
0 亿年,比最年长的恒星也要大约2 0 亿年,这样就解
决了“女儿”恒星比“母亲”宇宙年龄还大的问题
参考:
http://iask.sina.com.cn/b/13175548.html
既然宇宙在膨胀观测到的天体都远离地球,那么为何仙女座星系在靠近?
从宇宙膨胀的基础理论看来,星系的原理与宇宙空间的膨胀离不了关联。可是并非是全部的星系都是在远离,大犬座等数十个矮星系及其尺寸哥伦布星系,全是受银河系的吸引力功效,小仙女星系则是以110KM/S的速度向银河系看齐。
吸引力仍然是“主力军”,可是伴随着间距提升,吸引力核心很有可能会慢慢被宇宙膨胀追上而且占有优势。
依据爱因斯坦的量子论叙述,一直以来光的速度都被觉得是宇宙空间的极限速度,一切有静止不动品质的物件健身运动速度自始至终是没法做到或超越光速。实际上,除开银河系和周边的好多个星系在吸引力的功效下靠近认为,全部宇宙空间已经加快膨胀,据统计,宇宙空间的膨胀速度早已超过了光的速度。间距地球越长的星系退变速度越快,有一些星系远离大家的速度早已超出了光的速度。
大家表述到现在会想:为何别的星系在远离,而仙女座系却在靠近?
星系并并不是都是在远离,宇宙膨胀并不妨碍星系撞击,这是由于星系并不是宇宙空间中较大的受吸引力拘束的星体构造。宇宙膨胀造成在室内空间中的物件会出现相对性挪动速度,因此 宙中大多数星系全是远离,这是由于每一个星系中间的室内空间在不断膨胀,造成了星系中间相互之间远离。
室内空间膨胀也很有可能造成互相靠近,小仙女星系便是在靠近。它是因为宇宙膨胀造成的退变速度大概为53km/s,而仙女座星系靠近的速度是110km/s,因此 退变速度确实太小了,危害不上星系靠近速度,以至于仙女座系就可以靠近银河系并产生撞击。星系假如只是做为化学物质的健身运动速度是不太可能超越光速的,可是由于宇宙的膨胀速度健身运动速度=远离的速度。依据哈勃基本定律测算,当星系间的间距做到140亿光年的情况下,星系的退变速度就做到了300000km/s,也就超越光速了。
科学家是怎么知道宇宙在膨胀,星球在离我们远去的呢?
越具体越好!但不要长篇大论!谢谢!所谓红移,最初是针对机械波而言的,即一个相对于观察者运动着的物体离的越远发出的声音越浑厚(波长比较长),相反离的越近发出的声音越尖细(波长比较短)。
后来,美国天文学家哈勃把一个天体的光谱向长波(红)端的位移叫做多普勒红移。通常认为它是多普勒效应所致,即当一个波源(光波或射电波)和一个观测者互相快速运动时所造成的波长变化。美国天文学家哈勃于1929年确认,遥远的星系均远离我们地球所在的银河系而去,同时,它们的红移随着它们的距离增大而成正比地增加。这一普遍规律称为哈勃定律,它成为星系退行速度及其和地球的距离之间的相关的基础。这就是说,一个天体发射的光所显示的红移越大,该天体的距离越远,它的退行速度也越大。红移定律已为后来的研究证实,并为认为宇宙膨胀的现代相对论宇宙学理论提供了基石。上个世纪60年代初以来,天文学家发现了类星体,它们的红移比以前观测到的最遥远的星系的红移都更大。各种各样的类星体的极大的红移使我们认为,它们均以极大的速度(即接近光速的90%)远离地球而去;还使我们设想,它们是宇宙中距离最遥远的天体。
换句话说,由于多普勒红移现象的存在,从这个意义上来讲,宇宙不是无限的,而是有界的,即天体红移的速度等于光速的地带就是宇宙的边缘和界限了,超过了这个界限,也就超过了光速,光线也就因此永远无法达到我们的视界,那就不是我们这个世界了,到底是怎样只有上帝才知道。
现在,根据科学测定,宇宙的年龄大约是150亿年,这个既是它的年龄(时间),其实也是它的空间长度,即150亿光年是我们观察太空理论上能达到的最远距离了,我们现在看到的距离地球150亿光年的地方恰恰就是宇宙诞生时的镜像。150亿年前,在大爆炸的奇点,时间和空间获得的最完美的统一,那一点(或那一刻)即是我们整个宇宙的开端。
不过宇宙在膨胀,这个事情还不能完全确定。
若宇宙是在膨胀的话,那么它在若干年前就应该是一个点。关于这个点还有很多迷。
所以楼主不应该用‘知道’,最好用“推测”。
这要用到多普勒效应 恒星发出的光原本是白色
如果光变得向红色偏移 说明波长变长了 也就是恒星在离我们远去
如果光变得向蓝色偏移 说明波长变短了 也就是在靠近我们
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