為什麼宇宙一直在膨脹?是什麼原因

2020-12-05 超自然科學局

我們都知道,宇宙於137億年前,從一聲爆炸開始,起初一切都是熱的、稠密的、膨脹的。

大爆炸餘輝的溫度曾經超過10^30度,現在下降到2.7開爾文,僅略高於絕對零度。宇宙過去的密度比太陽的中心還要大。現在,平均而言,宇宙的密度僅為每立方米1個質子,質量聚集成恆星和星系,它們之間相隔數萬億裡。

但是,儘管如此,宇宙仍然在膨脹。令人驚奇的是,儘管所有的因素都可能導致膨脹,但膨脹率只取決於一個因素。知道是什麼嗎?

宇宙的能量密度。或者,換句話說,整個宇宙中物質、輻射、中微子和所有其他形式的能量的總量除以宇宙的體積。而能量密度是唯一決定宇宙膨脹速度的因素。

那麼是什麼原因?

首先,宇宙可能以三種方式之一存在。它可以像球體一樣彎曲(我們稱之為正的),像馬鞍一樣彎曲(我們稱之為負的),或者完全平坦(我們稱之為零曲率)。

如果宇宙是正彎或負彎,那麼空間中三角形的三個角加起來就不等於180度!曲率的存在會極大地改變膨脹率。儘管通貨膨脹可能解釋了其中的原因,但對我們來說,什麼都沒有仍然是一個謎。

膨脹率依賴於能量密度這一事實意味著:在宇宙的不同時期,不同的東西是重要的。想想這個:如果你有一個宇宙,體積翻倍,物質密度減半。對吧?同樣的質量,兩倍的體積,所以密度是一半。

但是輻射——像光這樣的東西——不僅像物質一樣被稀釋,還會發生紅移,這意味著它的能量密度下降得比物質更快。所以當宇宙非常年輕,非常熱,非常密集的時候,輻射比物質更重要!

隨著宇宙的冷卻,物質變得越來越重要,並主宰了數十億年的膨脹速度。但宇宙中還有別的東西,它不會隨著空間的膨脹而稀釋。似乎空間本身有一種固有的能量,這就是我們所說的暗能量。有人稱之為宇宙常數。

為什麼不變?因為它的能量密度從不下降。就在幾十億年前,暗能量成為宇宙中最主要的能量形式。物質密度會降低,但暗能量永遠不會。如果我們把它們都分在一起——輻射、物質和暗能量——你就會看到哪個主導了宇宙的膨脹速度。

就是這樣。這就是導致宇宙膨脹的所有原因:其中的總能量。從這裡到無窮遠,據我們所知,暗能量將繼續主宰宇宙。

相關焦點

  • 如果宇宙正以超光速膨脹,請問北鬥七星為什麼一直在那裡?
    對於這個話題中最關鍵的因素有幾個,第一是宇宙膨脹,第二則是為什麼宇宙膨脹會超過光速,第三則是超過光速膨脹的宇宙中,北鬥七星居然一直在那裡指引著方向?我們可以從這三個方面來簡單討論下這個原因!二、宇宙膨脹為什麼會超過光速?
  • 空間膨脹的原因是什麼
    空間膨脹的原因是什麼 宇宙空間膨脹現象就是宇宙大爆炸以超光速膨脹,而最高速度是光速,超光速確實令人費解,自然是不可能的,人們只能通過讓空間膨脹的設想來解決宇宙的超光速膨脹問題。我沒有看到人們對空間膨脹的原因解釋,只是說存在空間膨脹現象。為什麼會存在空間膨脹現象呢?是什麼原因所致。其實空間膨脹是不存在的,完全是一種感覺。
  • 空間膨脹的原因是什麼
    宇宙空間膨脹現象就是宇宙大爆炸以超光速膨脹,而最高速度是光速,超光速確實令人費解,自然是不可能的,人們只能通過讓空間膨脹的設想來解決宇宙的超光速膨脹問題。我沒有看到人們對空間膨脹的原因解釋,只是說存在空間膨脹現象。為什麼會存在空間膨脹現象呢?是什麼原因所致。
  • 為什麼說光會隨著宇宙的膨脹而被拉伸?
    我們都知道光的波長和空間膨脹之間的關係。也聽說過隨著空間的膨脹,輻射的波長會被拉長,光損失能量!我們也經常能看到一些形象的類比,例如:畫在氣球上的波浪,隨著氣球的膨脹波就會被拉長。但是我們會想,光為什麼不能繼續,保持它的頻率和波長,不管它周圍的空間是膨脹還是收縮?也就是說空間的膨脹為何會拉長光波!我們就來解答下這個問題!
  • 宇宙一直在膨脹,說明外面還有空間,那宇宙之外到底是什麼?
    宇宙一直在膨脹,說明外面還有空間,那宇宙之外到底是什麼?按照我們關於宇宙的常識來說,宇宙是在138.2億年前的一場大爆炸當中誕生的,而目前我們人類可觀測宇宙也達到了930億光年,而可觀測宇宙的說法是指在理論上面,我們人類可以在930億光年的範圍之內,看到的星系、星系團等等物質結構,而根據宇宙膨脹的原理,目前宇宙依舊在以超高的速度膨脹,而宇宙既然能夠繼續處於膨脹當中,那基本上就可以說明在宇宙之外可能還存在宇宙
  • 宇宙一直在膨脹,它的源頭到底在哪裡?
    而得到造父變星的距離之後,科學家就可以更為準確的計算哈勃常數的數值範圍,從而可以計算出宇宙的擴張速率和年齡。2019年,哈勃望遠鏡公布了宇宙最新照片——哈勃遺產場,這張照片是哈勃望遠鏡拍了16年得到的,堪稱為當今宇宙最強圖譜,總共包括了265000個星系。我們不禁感概,宇宙到底包含了多少物質,宇宙的邊緣到底在何方?
  • 是什麼加速了宇宙的膨脹?
    來源:新浪科技宇宙膨脹的速度比科學家預測的快得多,這是宇宙學中最難以解釋的異常現象之一,也被稱為「哈勃衝突」新浪科技訊 北京時間5月7日消息,物理學家提出,宇宙中存在著額外的成分,這或許可以解釋宇宙的膨脹速度為什麼比預期的要快。
  • 宇宙一直在膨脹,表示外面還有空間,那麼宇宙外面到底是什麼呢?
    隨便翻開一本現代天文書刊都會告訴我們,宇宙誕生於一個奇點在138.2億年前的爆炸,一直到現在宇宙已經達到了930億光年的可觀測宇宙,但它仍然在高速膨脹中,如果有人問宇宙外面是什麼呢?答案是外面不存在時間與空間,什麼都沒有!
  • 宇宙一直膨脹,表示外面還有空間,外面到底是什麼呢?
    隨便翻開一本現代天文書刊都會告訴我們,宇宙誕生於一個奇點在138.2億年前的爆炸,一直到現在宇宙已經達到了930億光年的可觀測宇宙,但它仍然在高速膨脹中,如果有人問宇宙外面是什麼呢?答案是外面不存在時間與空間,什麼都沒有!
  • 比宇宙的規模大小更難琢磨,科學解釋宇宙為什麼膨脹
    首先我們將尋找較短距離內的造父變星,然後在與遠處星系的造父變星進行比較,計算距離亮度伴隨宇宙膨脹而來的哈勃常數確實,宇宙一直在膨脹,但是宇宙膨脹的有多快呢?說到這裡,我們要說的一個理論名為哈勃常數,哈勃常數其實就是用來計算宇宙隨時間膨脹的速度。天文學家自2005年以來一直在用哈勃望遠鏡探索並細化這些距離測量,測量之後天文學家們還需要對哈勃常數進行微調。
  • 宇宙在超光速膨脹中?宇宙到底有多大?
    但是又有數據告訴我們宇宙的年齡只有138億年,那為什麼宇宙會有930億光年那麼大,宇宙大爆炸理論不是說宇宙從奇點爆炸後才產生了宇宙,那為什麼可觀測宇宙會比宇宙年齡還大呢?宇宙模型的由來宇宙到底是什麼形狀的,我們人類一直在探索,也一直在假設,可能是圓的,可能是方的,近代天文學就提出了三種假設:無邊無限靜態宇宙、有限無邊靜態宇宙、無邊無限動態宇宙。
  • 宇宙一直在膨脹,預示著外面還有空間,那宇宙之外還有一個宇宙?
    宇宙中有什麼速度超越了光速呢?愛因斯坦曾提出過,任何有質量的物體的速度都是不可能超越光速的,這幾乎是顯而易見的。但是有一種速度雖然看不見摸不著,可是自138億年前宇宙誕生時,這種速度就已經存在了,且遠遠超過了光速。這種速度就是宇宙膨脹的速度了。
  • 宇宙在超光速膨脹,北鬥七星的位置,為何幾千年來一直沒有變化?
    宇宙是怎麼來的?這個看似簡單的問題已經困擾人類幾百年甚至上千年,自從人類文明誕生以來,人類一直想搞明白宇宙到底是怎麼來的,可是相對於宇宙來說,人類實在太渺小,因此人類始終無法找到這個問題的答案。說到這裡,可能就有人感到疑惑了,既然宇宙一直在超光速膨脹,那麼幾十年來觀測到的北鬥七星位置沒有一點變化,而且自記載幾千年以來,北鬥七星的位置也沒有顯著的變化,其實不僅僅是北鬥七星位置沒有變化,我們夜晚看到的其他星星位置也沒有變化,這到底是為什麼呢?
  • 宇宙真的是大爆炸產生的嗎?為什麼現在的宇宙還在不斷膨脹?
    「宇宙大爆炸」理論其實並不是我們傳統意義上的爆炸,它的主要內容是宇宙的演變經歷了一段由冷變熱的過程,在這個漫長的演變史中,宇宙中蘊含的物質都在不斷地膨脹,所以物質的密度也會由密變稀為什麼現在的宇宙還在繼續膨脹?雖然我們生活的地球非常穩定,但地球所在的宇宙卻在不斷膨脹。
  • 宇宙膨脹,到底是什麼東西在膨脹?
    今天跟大家一起探討目前科學的發展對於暗能量、暗物質前沿是怎樣去研究的,當下遇到的問題是什麼,未來的機遇在哪裡?一、如何研究宇宙?1、研究宇宙的基本認知宇宙是什麼?引力波也可以幫助我們測距,研究近鄰宇宙發生了什麼,過去的宇宙膨脹歷史是怎樣的。所以,引力波被稱為「宇宙標準汽笛」。引力波的發現獲得2017年諾貝爾物理學獎。
  • 宇宙真的是大爆炸產生的嗎?為什麼現在的宇宙還在不斷膨脹?
    今天讓我們一起走進宇宙,探索宇宙的秘密世界吧。人類居住在地球上,地球是太陽系中的一顆小行星,而太陽系又是銀河系中的一個小星系,銀河系之外還有更多的河外星系。儘管對於人來說,可能一輩子都會在地球上生活,但這並不影響他們去探索自己永遠無法到達的河外星系。這也就是大腦的力量,想像力永遠無法被束縛。而思考這些天文學的奧秘,也會讓人的思維更加活躍,更加敏捷。宇宙真的是大爆炸產生的嗎?
  • 地球是可觀測宇宙的中心?科學家:宇宙一直在膨脹,它沒有中心
    當我們知道可觀測宇宙的直徑是930億光年的時候,心中不禁有了一個疑問,這是怎麼計算出來的?答案和地球有關,地球的位置恰好處於可觀測宇宙的中心區域,從地球到可觀測宇宙的邊緣地帶的距離是465億光年,可觀測宇宙自然就是930億光年。還有個不能忽視的因素,宇宙一直在膨脹。
  • 宇宙為什麼在膨脹?那它有沒有可能因為某種原因收縮回去?
    ‍好了,我知道,肯定有人說了,你這樣很無聊,如果宇宙現在在收縮,你又要問了「為什麼宇宙不是在膨脹呢?」對於這個問題,我的回答是——我樂意。,會導致宇宙最終停止膨脹,重新收縮。具體方法是:通過測量宇宙過去的膨脹速度,並與現在的膨脹速度對比,就可以計算出宇宙膨脹的加速度,從而得到引力的大小。那麼宇宙過去的膨脹速度該如何獲得呢?難不成還要搞黑洞穿越?當然不。
  • 什麼會加速宇宙的膨脹?
    宇宙加速膨脹指宇宙的膨脹速度越來越快的現象。宇宙加速膨脹這個問題是當代理論物理學中最「熱門」的主題之一,它激起了世界各地的眾多研究人員的興趣。關鍵問題在於,天文學家所觀察到的宇宙加速擴展與理論學家所認為的擴展速度之間的差異,是宇宙學中一直存在的重大難題。宇宙學家對大爆炸後不久發出的輻射的測量結果是基於對膨脹率(稱為哈勃常數)的期望。
  • 為什麼有些科學家認為宇宙仍然在膨脹,而有人卻認為宇宙在坍縮呢
    為什麼有些科學家認為宇宙仍然在膨脹,而有人卻認為宇宙實際上在坍縮呢?不過事實上沒有人真正認為宇宙正在「坍縮」,至於原因,請看下文。如果我們留心觀察那些非常遙遠的星系,就會發現其中有些看起來是紅色的。 那些紅色的星系就是宇宙正在膨脹的證據。