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宇宙的年龄到底是多少年在这问题上并不重要，而且138亿年这个数字非常准确了，在这里就不纠正了，吃瓜群众好奇的是宇宙中速度最高的不过是光速而已，即使以光速膨胀也不过是276光年而已，怎么会跑出930亿光年的距离呢？而且表现宇宙膨胀速度的哈勃常数不过67.15千米/秒，都还没有帕克卫星环绕太阳的近日点速度高，天文学家是不是搞错了？ 哈勃常数的正确理解相信很多朋友并不能准确理解哈勃常数的真正含义，上文中的哈勃常数格式符合我们一般的理解方式，比如大部分高速公路上最高限速120千米/小时，但这个方式来表示宇宙膨胀是有误的，哈勃常数的标准格式是： 67.15 (km/s)/Mpc 这个格式看起来怪怪的，前面都认识，但在千米每秒后为什么还有一个Mpc，这个参数非常重要，在宇宙中，不确定尺度的条件下形容某个天体那就是流氓，比如太阳在太阳系中是最大的，但在银河系中也就是数千亿颗恒星而已，连8.6光年外的天狼星都比它大。 而这个Mpc呢，表示的是百万秒差距，秒差距又是什么意思呢？在地球的视角上，以地球公转轨道的平均半径为底边建立的一个三角形，当顶角是一秒时对应的距离即为一秒差距，这个距离大约是3.26156光年，一般都取值3.26光年。百万秒差距即326万光年 哈勃常数的真正含义是宇宙在每隔326万光年的距离上，膨胀速度增加67.15千米/秒，上不封顶。请注意“上不封顶”这个关键词，我们下文会单独说明 光速的局限我们都已宇宙中最高的速度来形容光速，其实并没有毛病，迈克尔逊莫雷实验中证明光速不随任何参考系改变，而通过爱因斯坦的狭义相对论我们可以推导出物质与信息以及能量的运动速度不可能超过光速 但空间膨胀这个特殊的速度与距离增加却不在狭义相对论的几个效应范围内，因为它既不传递信息，也不传送物质，更不是能量的运动，因此在空间膨胀这个特殊的宇宙现象上并不能套用光速不可超越的理论，而是会由于空间膨胀的效果而改变，因为空间膨胀可以无限叠加，唯一差别是空间是否够大。我们来简单计算下即可知道，假如按67.15千米/秒/Mpc的速度来计算，宇宙大约在哪里会超过光速。 L=光速/膨胀速度×百万秒差距=145.61亿光年 在这个距离以外，宇宙膨胀速度超过光速。 但这仍然没有完全解决我们的问题，下面我们简单说说宇宙的诞生于膨胀过程 宇宙诞生与膨胀的过程在宇宙诞生的第一刻，也就是第一个普朗克时间（10^-43S）之后，引力分离 10^-36S，强作用力分离 之后是宇宙的暴胀时期，宇宙在10^-33S之内膨胀了10^26倍 10^-12S，电磁力和弱力分离，四种基本作用力诞生 10^-6S，夸克在强作用力下诞生质子和中子 3分钟时，太初核聚变结束，宇宙中诞生了氢原子核，氦原子核以及少量的锂原子核等，但此时温度极高，电子还在游离状态。 37.9万年时，宇宙温度逐渐下降到原子核可以电子结合在一起形成原子。光子脱耦，大爆炸时诞生的光子在等离子“浓汤”中乱窜的时代结束，开始在宇宙中传播。 其实这些光我们现在都还能看到，就是传说中的宇宙微波背景辐射，宇宙的膨胀已经将这些可见光波段直接频移到微波波段，宇宙微波背景辐射就是大爆炸的余辉。 在这里我们要理解一个事情，从时间上来看，宇宙微波背景辐射实在大爆炸以后37.9万年，也就是138亿年-37.9万年，但它今天的位置已经在距离461亿光年外，那为什么我们现在还能看到它呢？请注意，这是它在宇宙诞生37.9万年时发出的光，它现在发出的光，我们要138亿年-37.9万年才能看到。 简单的一句话理解，我们看到越是遥远的天体，就越是古老！ 换个思维方式，理论上只要我们的设备额足够先进，我们就能看到宇宙的大爆炸时代，上文我们说了宇宙微波背景辐射在461亿光年外，距离宇宙大爆炸只有37.9万年的时间，换算成距离大概是4200万光年，经过漫长时间的膨胀，现在这个距离已经扩大到了4亿光年！ 那么我们有手段穿透这个光子在等离子浓汤中乱窜的时代吗？答案是显而易见的，就是技术上实施起来有些困难 1、大爆炸时代遗留的中微子 2、原初引力波探测 和宇宙微波背景辐射一样，宇宙大爆炸时代也遗留了中微子，尽管中微子速度比光速略低，但它的退耦时间更早，大约在宇宙大爆炸后1秒发生，因此从宇宙大爆炸的过程来看，中微子比微波背景辐射携带的信息更久远，一下子来到了宇宙大爆炸一秒钟之后。 而原初引力波则理论上可以直达大爆炸的第一个普朗克时间，因为在宇宙的诞生的10^-43S之后，引力就已经分离出来，它对时空的扰动可以直达现代宇宙。不过宇宙大爆炸时代的引力波的波长高达10光年级别，LIGO探测到的引力波几百到几千千米而已，所以要继续努力哦。 因此加上原初引力波的探测，我们理论课探测去距离为合计（461+4）×2=930亿光年，就像一个人年龄和身高并没有绝对关系一样，这个问题的原因是宇宙的膨胀，而在1998年对遥远星系的Ia型超新星爆发观测，宇宙的膨胀在宇宙诞生90亿年的时候就就开始了，也就是距今大约45-47亿年前。 |
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