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宇宙年龄和可观测宇宙范围

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很多人了解一些宇宙学和天体物理的知识,结果碰上了一对所谓的矛盾:宇宙年龄和可观测宇宙范围。按照人的惯性思维,这两个东西是对应的,人们常常把137亿光年当做宇宙的大小,人们想当然的认为宇宙中既然没有比光更快的物质,那么把137亿光年当做宇宙大小是合情合理的。
但是,现代科技进步,却得出了让人意想不到的结果。根据对一些最古老的第二代恒星的光谱计算出放射性同位素钍-232和铀-238含量之比来估算恒星的年龄,进而估算出大爆炸应该发生在137亿年前。而普朗克空间望远镜对宇宙微波背景辐射的最新观察和分析计算显示,大爆炸应该发生在138亿年前,这就意味着宇宙年龄至少为138亿岁。
但是由于宇宙膨胀,我们现在观测一些最开始十分接近但是现在却被认为远比137.5亿光年遥远的天体,依据宇宙的固有距离,在同时刻和共动距离等效。可观测宇宙的直径大约为280亿秒差距,大约930亿光年,可观测宇宙的半径大约有460到470亿光年之遥。
为什么会这样呢?事实上,“把137亿光年当做宇宙范围”这种观点未能考虑到宇宙并不是平滑静止,而且符合闵可夫斯基时空的狭义相对论的。事实上宇宙时空由于膨胀而变得弯曲,正如哈勃定律揭示的那样,真空光速乘以宇宙年龄并没有真正的物理意义。也正是因为宇宙在加速膨胀,我们所看到的137亿光年外的那些天体早已不在那个位置,那些天体甚至可能不存在了。因此,我们的太空望远镜依然能看见150亿光年,甚至200亿光年以外的遥远天体。
此外,很多人根据真空光速不可超越,推断出宇宙膨胀速度也不超过真空光速。更有甚者觉得宇宙膨胀速度可能已经超过光速,于是又推断出超光速的存在。这些问题出现的根本原因是三维空间里的速度来衡量宇宙膨胀的快慢。从某种意义上说,宇宙膨胀是一种多维度大尺度上的范围扩大,包括时间和空间。而速度只是描述物体在三维空间上的单位时间内的线性位移,它的上限是真空光速。用速度来衡量宇宙膨胀的快慢好比“用车速来衡量人的思维快慢”那样荒谬。


IP属地:广东1楼2014-12-14 10:26回复

    这个名为z8-GND-5296的星系是在131亿年(大爆炸后7亿年)前形成的。它形成之时距离我们银河系(当时还没有太阳和地球)当时所在的位置131亿光年,但由于宇宙加速膨胀的影响,现在它和我们地球之间的距离已经是300亿光年。


    IP属地:广东3楼2018-01-09 11:21
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      2025-06-08 06:08:06
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      1秒差距=3.2616光年=206265天文单位=308568亿公里
      1千秒差距=3261.6光年
      1百万秒差距=326万光年


      IP属地:广东5楼2018-06-16 16:22
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        真空中的光速=299792458米/秒=299792.458千米/秒
        宇宙膨胀速度(宇宙膨胀率、哈勃常数)=67.80±0.77千米/(秒*百万秒差距)
        即在每增加326.16万光年的距离上,星系远离地球的速度增大67.80±0.77千米/秒
        哈勃常数——哈勃定律中河外星系退行速度同距离的比值。它是一个常数,通常用H表示,单位是千米/( 秒·百万秒差距)。该比值有时简称为速度-距离比,或哈勃比。


        IP属地:广东6楼2018-06-16 16:38
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          可观测的距离范围内,遥远星系的宇宙膨胀速度(退行速度)确实已经超过了光速。但这是宇宙空间构造本身的膨胀超光速,并不是信息传递速度实现了超光速。
          按照速度=距离/时间公式:信息能量的固有传播速度=携带信息能量的观察者测量的距离/自带时钟测量的经过时间。
          速度跟观察者无关,但时间与长度取决于观察者自带的钟表和尺子。这就需要用到洛伦兹变换公式。
          即使不经过复杂的计算,我们也大可不必惊喜这个光波传递信息的速度会超过光速。因为你想啊,这个信息本身就是由光这个信使传过来的,传递的速度顶多就是真空光速,何谈什么自我超越——超光速呢?
          这都是一种观察效应,实际速度跟观察者无关,跟真正的所谓能量和信息的超光速传递不是一回事儿。这是宇宙空间本身的膨胀速度超过了真空光速,不是信息传递速度实现了超光速。所以并不违背相对论,更不能说相对论不成立。
          现在已知的所谓超光速,都没有传递信息和能量!但凡传递信息和能量的最高速度上限就是真空光速。


          IP属地:广东7楼2018-09-27 09:44
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