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為什么星系能超光速退行,光不是最快速度么?它們有半毛錢關(guān)系?

 星辰大海種花家 2019-08-22

其實這話題前后并沒有直接關(guān)系,而且需要將它分成兩個部分獨立討論,因為兩者陳述的是不同的不想干的觀點,我們先來討論下宇宙膨脹的話題。

一、宇宙正在膨脹?

從宇宙大爆炸論開始,宇宙誕生的過程就一直備受質(zhì)疑,當然在上世紀七十年代形容宇宙誕生并不是爆炸論,而是暴漲論,兩者似乎沒有差別,但前者更容易貼近普通大眾!比較諷刺的是“大爆炸”這個形容詞還是一位反對宇宙暴漲論的反對者譏諷之語,但事與愿違,宇宙大爆炸實在過于貼切,一時間風靡全球!

宇宙暴漲的證據(jù)一:

哈勃紅移

遙遠星系的退行速度與距離成正比,哈勃通過十數(shù)年對遙遠星系觀測發(fā)現(xiàn),在觀測范圍內(nèi),退行速度與紅移保持基本良好的線性關(guān)系,即越遠的位置紅移值越大!

當然發(fā)生紅移的可能性有兩個,一個是天體在遠離,而這就是天體發(fā)出的光發(fā)生紅移的原因,因為天體的移動將光波長拉伸,我們看到的就是頻率降低波長變長的光線,從光譜上來觀測,就是整體朝著低頻端移動,而可見光在低頻表現(xiàn)為紅色,因此這就是紅移的來源,反之則是藍移!

而另一個可能就是天體不動而空間在移動,或者空間+天體都在移動,我是天體在動還是空間在動,在大部分時候我們可以觀測器橫向移動的分量來判斷天體的運動方式,如果只是遠離或者靠近地球則比較難判斷,不過有一個比較有趣的現(xiàn)象,我們觀測到所有遙遠的天體都是遠離的,即使作為天體運動而宇宙不動的觀點支持者,也不得不認為這有些詭異,但宇宙的膨脹可以完美的解釋這個疑問!

宇宙暴漲的證據(jù)二

宇宙微波背景輻射(CMB)

這是宇宙暴漲時期遺留輻射的最好解釋,暴漲初期,天體尚未形成,只有致密高溫的原初等離子體,待宇宙冷卻到某個溫度時質(zhì)子和電子結(jié)合形成中性氫原子,宇宙逐漸晴朗,在“光子脫耦”后開始自由傳播,但隨著空間膨脹,光子波長被拉長,能量變得更低,而宇宙微波背景輻射就在“最后的散射面”處形成!

“最后散射面”是指我們由光子脫耦時的放射源接收到光子的來源點在空間中的集合。

我們的宇宙躲不開宇宙微波背景輻射的包圍,它有一些不均,但分布是全向的!

宇宙暴漲的證據(jù)三

原初元素豐度

指得是在宇宙從暴漲開始后約3分鐘時,原初的核聚變停止,因此可以從宇宙大爆炸模型中推算出此時的各種元素豐度,和觀測到的早期天體的元素豐度對比,兩者一致性比較高!

至少到現(xiàn)在為止,宇宙大爆炸理論依然宇宙誕生最合適的理論,因為無論是哪一種宇宙誕生的理論都繞不過去這三個坎,也許未來會有更合適的理論來解釋宇宙誕生,但仍然要面對這幾個因素!

二、宇宙正以多快的速度在膨脹?

從哈勃總結(jié)出宇宙正在膨脹的結(jié)論以來,膨脹的速度測定一直都是大家津津樂道的話題,因為從最初時的550千米/秒/百萬秒差距,到2013年時普朗克衛(wèi)星測定的67.8千米/秒/百萬秒差距的值居然差了將近8倍,當然您不要認為科學猶如兒戲,因為觀測技術(shù)不斷進步,不斷加入修正參數(shù),自我糾錯也是科學必備素質(zhì)!但哈勃常數(shù)卻從來都沒有一個統(tǒng)一值,因為以不同的參考與測量方法,會得出一個相差比較大的數(shù)值!

67.8千米/秒/百萬秒差距釋義:在每隔百萬秒差距(326萬光年)的距離上,宇宙膨脹的速度增加67.8千米/秒

1、ΛCDM測量模型

利用蘇尼亞耶夫-澤爾多維奇效應(yīng)進行的X光高紅移群以及微波波長的觀測,與宇宙微波背景輻射各向異性的量度和光學調(diào)查對比,測定哈勃常數(shù)值約為67千米/秒/百萬秒差距

2、哈勃關(guān)鍵計劃測定

2001年5月,卡內(nèi)基天文臺的Wendy L. Freedman博士主導下,利用哈勃空間望遠鏡進行了一次最為精確的光學測量,確定哈勃常數(shù)的值為:72±8 千米/秒/百萬秒差距。

3、威爾金森微波各向異性探測器WMAP的數(shù)據(jù)

最高精度的宇宙微波背景輻射為標準,在2008年時測定的哈勃常數(shù)值為71.9 +2.6 ?2.7 /千米/秒/百萬秒差距(上限 +2.6,下限?2.7 )!

4、錢德拉X射線天文臺的觀測

2006年9約,馬歇爾太空飛行中心利用錢德拉X射線觀測衛(wèi)星的數(shù)據(jù),精確測得數(shù)據(jù)是77千米/秒/百萬秒差距,誤差為±15%!

可能數(shù)據(jù)有點不一,因為參考的對象不一樣,都可能存在一些誤差,但這并不妨礙宇宙正在膨脹,那么宇宙在哪個位置膨脹速度將超過光速呢?我們?nèi)≈灯绽士诵l(wèi)星的觀測數(shù)據(jù)67.8千米/S/百萬秒差距!

L=光速/哈勃常數(shù)×百萬秒差距=14421.71418億光年外宇宙膨脹的速度為光速,之外則將超過光速!

三、宇宙膨脹上限與光速有關(guān)系嗎?

我們知道宇宙中速度的上限是光速,但這并不是無條件的,因為有三個前置因素:

1、信息無法超過光速

2、物質(zhì)專遞無法超過光速

3、能量傳遞無法超過光速

這幾個限制把我們所能想象的一切空間都給堵死了,無論怎么去扒光速的漏洞,都會被這三個前提所堵上!但上帝關(guān)上了所有們和窗戶的同時,給我們打開了一扇空間膨脹的門,它不傳遞信息,也不傳遞物質(zhì),更不傳遞能量,它的膨脹不受光速限制,它存在于我們周圍,但卻需要頂尖的空間控制技術(shù)才能達到!不過宇宙卻由于暗能量的作用下一直在膨脹中!

但這只是現(xiàn)象,我們還未了解到其中的本質(zhì),空間是一種什么樣的結(jié)構(gòu),它又是如何無限膨脹而并不被撕裂?可能這是我們所難以理解的地方,愛因斯坦的廣義相對論可以解釋空間扭曲與無限扭曲到極點的黑洞,但卻不能描述膨脹的空間是怎么來的,因為這需要引入負能量的概念,而暗能量就是在這種條件用背宇宙膨脹這口黑鍋的!

宇宙正趨向于無限,這是天文學家測量的結(jié)果,但根據(jù)我們技術(shù)手段卻只能觀測有限宇宙的一部分,不得不說整個宇宙對人類都是”惡意“的!但如果不是這樣,黑洞洞的宇宙又如何吸引大家的注意呢?

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