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宇宙年齡是138億年,為何可觀測宇宙的直徑是920億光年?

 艾伯史密斯 2020-03-15

這并不矛盾,原因是宇宙從誕生到現(xiàn)在,一直處于動態(tài)膨脹當(dāng)中;在光速不變的前提下,宇宙膨脹將會導(dǎo)致光線要走更遠(yuǎn)的距離才能抵達(dá)觀測者。


根據(jù)宇宙大爆炸的演化模型,我們宇宙誕生于138億年前的一次暴漲,宇宙從一個半徑無窮小的點(diǎn)膨脹為如今的宇宙,由于光速不變,于是以任何一個點(diǎn)為中心,較遠(yuǎn)距離上發(fā)出的光線將沒有足夠時間到達(dá)地球,于是才有了可觀測宇宙的概念。

可觀測宇宙:指以觀察者為中心的球體空間內(nèi),所有物體發(fā)出的光都有足夠時間到達(dá)觀測者,也稱作哈勃球體。

天文觀測表明,我們的可觀測宇宙半徑大約是460億光年,目前宇宙的膨脹速度大約為67.8(km/s)/Mpc,也就是在每相距百萬秒差距(約326萬光年)的距離上,因?yàn)橛钪媾蛎泴?dǎo)致的相互退行速度為67.8km/s,而且正在加速膨脹。

我們宇宙年齡是138億年,可觀測宇宙直徑為920億光年,這其實(shí)很好理解,假如宇宙從誕生起就是穩(wěn)態(tài)的,那么宇宙年齡138億年,對應(yīng)的可觀測宇宙半徑就是138億光年,我們看到138億光年外的圖像,就是宇宙大爆炸之初的圖像。

宇宙一直處于膨脹當(dāng)中,于是光線和地球間的空間一直在膨脹,由于光速是不變的,所以光線到達(dá)觀測者的時間,將大于穩(wěn)態(tài)的時間,所以我們的可觀測宇宙半徑肯定會大于138億光年。

只要我們知道各個時期宇宙膨脹的速度,就能根據(jù)宇宙大爆炸模型理論,推測出可觀測宇宙的實(shí)際半徑。

于是平常我們說某個星系的距離也并不是實(shí)際距離,比如M87星系距離地球5500萬光年,指的是現(xiàn)階段我們觀測到從M87星系發(fā)出的光線,在空間中傳播了5500萬年的時間(相對于地球參考系),由于宇宙膨脹,此時此刻M87星系與地球的實(shí)際距離肯定是大于5500萬光年的,可能是2億年,甚至10億年。

如果我們宇宙一直膨脹下去,那么較遠(yuǎn)星系發(fā)出的光線,將永遠(yuǎn)也無法到達(dá)地球,因?yàn)樘h(yuǎn)距離上的退行速度將超過光速,就目前而言,與地球?qū)嶋H距離大于144億光年的星系,退行速度已經(jīng)超過了光速。

現(xiàn)階段的可觀測宇宙中,只有大約5%的星系,此時此刻發(fā)出的光線才能在未來到達(dá)地球,而且隨著時間的推移,這個比例將會更?。蝗绻麩峒艑W(xué)說正確,再經(jīng)過數(shù)千億年后,可觀測宇宙中只剩下我們的本星系群。


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