麻烦来个通俗解释
答案其实就在题主自己的题注里的这句话: 英文是“Nothing is faster than light” 这里的“Nothing”对应的是“Empty Space” 相对论中的Nothing can't move through space faster than light 但是你不能阻止space自己膨胀 问题要求的是一个通俗的解释 那么这么来看 这是一条非常非常长的路 即便是在没有雾霾的时候 你也根本无法看到底 在路的两边,每隔1米站着一个人 接下来,想象一下路(注意,是路)膨胀了 然后你会看到两边的人都在迅速的远离你 然而并不因为他们自己移动了 而是他们脚下的路伸长了 让我们假设你是0号人 你的左边是-1号,-2号····· 你的右边是1号,2号·····: 试着问自己:如果1号人远离0号人也就是你 那么是否意味着1号人离2号人越来越近了呢 不是的,1号人和2号人之间的空间也经历了同样的膨胀! 而这就说明,现在的1号人离你2米(之前离你1米) 2号人离你4米(之前离你2米) 同样的也适用于-1号人和-2号人等等 最远的7号人离你有14米之多(之前离你7米) 2号人:4-2=2米 7号人:14-7=7米 也就是说 离你越远的人,他们跟你距离的增益越大 为方便理解,可以简单记为空间膨胀的速率越大 现在你正在这样的奇怪的路上开着车 你明确的知道自己的目的地在哪 可是随着旅程的进行,你突然发现 卧槽,怎么开不完了,路越来越多 图片来自car on the acceleration road 而且更为可怕的是 之前还在你前面的车子,突然无法看见了 无论你以多大的速度去追赶,你都看不到了 因为你车下的路在不断膨胀 因为宇宙的空间无处不在的膨胀 在138亿年前发射出光线的物质早已远离我们而去 (注意我们上面车子的类比) 实在是远的不能再远了(远大于460亿光年) 图片来自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 但是 由于我们之间的空间也在不断膨胀(注意上面0号小人的类比) 当我们之间的空间膨胀到可以看到138亿年前物体发射出的光时 图片来自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 这时 以我们为中心到以我们能看到的最远的物质的距离为半径 做一个球体 图片来自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 叫做particle horizon(粒子视界) 或者叫做可视化宇宙,可观测宇宙 而这个半径就是460亿光年,直径是930亿光年 图片来自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 可观测宇宙是一个以观测者作为中心的球体空间 小得足以让观测者观测到该范围内的物体 也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者 截至2013年对宇宙年龄最精确的估计是137.98±0.37 亿年 但由于宇宙的膨胀,可观测宇宙的半径并不是固定的138亿光年 人类所观测的古老天体当前的距离比起其原先的位置要遥远得多 (以固有距离来衡量,固有距离在现在的时点和同移距离是相等的) 现在推测可观测宇宙半径约为460亿光年,直径约为930亿光年 根据宇宙学原理 从任何方向到可观测宇宙边缘的距离大致是相等的
首先因为我是搞电池的(WTF,这是什么专业?) 当然更重要的是没有讲哈勃定律 没有这个大牛,宇宙膨胀的故事远远不够 宇宙的空间是不断膨胀的 2013年3月21日,从普朗克卫星观测获得的数据 哈伯常数为67.80 ± 0.77 千米每秒每百万秒差距 (67.80 ± 0.77 km/s/Mpc) 我们知道 3.26 light-years(ly,光年)=1 parsec (pc,秒差)=3.085×10^(16) m 这只是距离326万光年的 那么我们可以看看距离观察者138亿光年的星系远离速率有多大 已经比较接近光速 那么距离观察者200亿光年的星系的远离速率 已经超过光速了 那么距离观察者460亿光年的星系呢 妥妥的超了光速 一个光子被物体发射出后 在一个膨胀的宇宙中 它和发射它的物体之间的远离速度可以表示为 上式中 c是光速,H是Hubble Parameter(哈勃参数) x(t)是光子和发射它物体之间的距离
初始条件是x(0)=0,所以有 前面算过了 1Mpc(百万秒差)=3.26×10^(6) ly=3.085×10^(19) km 把哈勃参数的单位换成[1/s] 那么 好了,我们知道了哈勃参数的数值 知道宇宙的粗略年龄138亿年 把已知条件代入x(t)的表达式中 可以得到 也就是231亿光年 但是这个数值比上面说到的可视化宇宙的半径460亿光年小得太多了 肯定不对,哪里错了呢 因为宇宙早期的膨胀速率要大得多 反推回去 根据 估算出H 这就说明 有效哈勃参数(假设空间膨胀的速率跟大爆炸时候的一样)的数值是 之前算出来的两倍还多 把这个哈勃参数代回到x(t)的表达式中 再把这两个式子(前一个有空间膨胀,后一个没有)单位归一化后作图 再清楚不过了 根据哈勃表达式 当时间为138亿年时,对应的可视化半径为460亿光年 修正成功 当然了,真正的计算要比我这个复杂的多 |
|