既然宇宙中存在著萬有引力,星體之間的距離會變得越來越小嗎?

2021-01-13 優美生態環境保衛者

早在300多年前,牛頓提出了萬有引力定律,以定量的形式解釋了宇宙中任何有質量的物質之間,都存在著引力的作用,這種「萬有」的性質逐漸成為人們認知宇宙的發展和演化,以及揭示星體運行規律的「萬能鑰匙」。按照萬有引力定律,宇宙中兩個物體間的萬有引力數值,與它們的質量乘積成正比,與它們間距離的平方成反比,從這個表達可以看出,引力屬於一種長程力,理論上距離得再遠的兩個星體,其本身都會存在引力的作用,使之具有相互靠近的趨勢,只不過受到其它星體引力的幹擾,星體最終的運行狀態取決於所受到的合力。

牛頓在提出萬有引力定律時,也對一個問題困擾不已,那就是萬有引力的存在,使得宇宙間的物體都會有相互靠近的趨勢,最終的結果會導致所有的物質都會在引力作用下聚集到一塊。然而事實的結果並非如此,138億年這麼漫長的時間也沒有看到這種情況。於是牛頓就提出了靜止宇宙的觀點,即認為宇宙是一個相對靜止、相對均勻且又無邊無界的狀態,在這種無限宇宙中存在著無限多個中心點,維持著區域的引力平衡,這樣才確保了宇宙沒有發生坍縮。

就連愛因斯坦在早期也認可這種靜止宇宙的觀點,甚至在提出廣義相對論以後,為了確保靜態宇宙的正確性,在其推導出的引力場方程中還刻意加入了宇宙常數,用以抵消引力對物質相互吸引靠近的影響。不可否認的是,靜態宇宙觀點的提出是具有一定歷史階段性的,在300年前一直到100年前的這段時間,推動了人類對宇宙空間及其發展規律的認知,也在一定程度上奠定了現代物理科學特別是天文學的發展基礎。

不過,在哈勃發現天體紅移現象之後,逐漸打破了人們對於靜態宇宙的看法,而且通過更加精密的監測,無不證實了哈勃定律的正確性,即遙遠星系相對於地球的退行速度,與它們和地球之間的距離成正比。前幾年歐洲航天局利用普朗克衛星,進一步修正了上述的這個退行速度與距離間的比率(哈勃常數),更加精確地測量出哈勃常數的值約為68公裡每秒每百分秒差距,意識就是在距離地球326萬光年的區域,其空間相對於地球的退行速度約為68公裡每秒。

1998年,有幾位科學家在對Ia型超新星進行觀測時,又進一步證實了現在的宇宙正在加速膨脹的事實,3位科學家的這一發現還獲得了2011年的諾貝爾物理學獎。後來,有很多研究機構在重複進行該項觀測時,均證實了上述觀測結果的正確性,而且科學家們結合觀測結果,並且利用相關的研究模型,推測出了宇宙的加速膨脹時期起源於距今的40億年之前。

在宇宙加速膨脹之前,引力的作用效果佔據主導位置,特別是隨著宇宙大爆炸產生的38萬年之後,隨著四種基本作用力最後一種力-電磁力從「濃密」的等離子體中逃逸出來,宇宙中開始形成自由原子,然後在引力的作用下緩慢聚集成各種星體,宇宙中的恆星、恆星系和星系逐漸登上歷史舞臺。此後,宇宙空間在以引力為主導的環境中進入減速膨脹時期,直至40億年前暗能量逐漸取代引力,成為推動宇宙空間發展的決定性力量。

「暗能量」一詞是科學家們為了解釋宇宙加速膨脹所假想出來的一種驅動力量,它與萬有引力的作用效果相反,為星體之間提供了一種「排斥」的作用力。根據科學家們的觀測研究,現有宇宙中常規物質僅佔據了宇宙總質量的5%左右,而暗能量的佔比高達70%左右,正是龐大的暗物質推動了宇宙目前處於絕對的加速膨脹時期。

為了推測宇宙今後的發展走向,科學家們利用宇宙平均能量密度為衡量標準,將其與宇宙臨界能量密度進行對比,這個密度參數值如果小於等於1,則宇宙空間會持續膨脹下去,直至所有的原子都被撕裂;如果密度參數值大於1,則表明宇宙空間是收縮的,將具有一定的正曲率,形象地說宇宙將處於有限但無界的狀態。

科學家們利用宇宙微波背景輻射,通過引力透鏡效應的原理,監測出現有宇宙的能量密度參數值約為1.05,在一定程度上說明了,現有宇宙極有可能是一個具有微小正曲率的封閉空間,那麼也就說明現階段宇宙的加速膨脹會有一個臨界點,在此臨界點之後宇宙就會進入減速膨脹階段,在引力和暗物質的作用下,宇宙逐漸會經歷減速膨脹和收縮進程,最終的結果就是呈現「大擠壓」,所有物質可能又重新會聚集到一個點上,為下一次奇點大爆發進行著物質和能量的醞釀。

相關焦點

  • 宇宙中存在引力,星球之間的距離會越來越小嗎?
    蘋果瓜熟蒂落,掉在了牛頓的頭上,讓他靈光乍現發現了萬有引力的存在。這樣看來,引力的存在是在拉近「彼此」的距離,力的存在會給物體施加加速度,讓物體加速或者減速運動,如果力達到平衡,最終物體會處於靜止狀態。
  • 多元宇宙真的存在嗎?|宇宙|科學理論|萬有引力|星系|星體
    天空中的任何位置都能看到星體和星系,它們分布於巨大的宇宙網絡中。但太空越深遠,時間越久遠。距離地球越遠的星系越年輕,演化程度也越低。這些星體中的重元素含量較少,因為合併發生的少所以它們看起來也小,它們更多呈螺旋狀,橢圓狀則較少(需要合併才能形成)。如果我們可以走到所能看到的極限,就會發現宇宙中最早的星體,然後是宇宙之外的黑暗區域,那裡唯一的光是大爆炸遺留下來的輝光。
  • 月球與地球相距38萬公裡,那宇宙中天體之間最小安全距離是多少?
    一看到安全距離這個詞,就會不由自主地想起我的專業中所涉及到的安全距離,那就是建設項目的環境影響評價中,對建設項目的布局起到決定性作用的衛生防護距離和安全防護距離,其中衛生防護距離是指在項目建設和運營過程中,其產生的無組織排放汙染物距離周邊居民區的最小距離;安全防護距離是指為了防範具有一定危險因素的生產裝置或者車間
  • 萬有引力是皇帝的新裝嗎?
    萬有引力在牛頓體系中居於核心地位,也是牛頓力學最為精彩的部分。哥白尼將宇宙的中心從地球挪到了太陽,牛頓告訴大家天空沒有沒有什麼大不了和地球上繁雜的世界一樣遵守共同的規律。但是外有引力有多成功人們就有多麼困惑,太陽與地球之間是通過一種什麼樣的方式穿越不可思議的距離使兩個巨大的球體發生相互作用的?
  • 既然有萬有引力,為什麼宇宙還會加速膨脹?科學家這樣解釋
    生命是非常奇怪的,在幾千萬年前,人類還不存在;在一千年以前,人類還信仰鬼神;在幾百年以前,人類開始大力發展科學技術。直到今天,人類憑藉自己的努力讓自己變得越來越重要,以至於很多人甚至把人類凌駕於宇宙之上,認為沒有了人類,宇宙就沒有了意義。
  • 萬有引力真的存在嗎?是相對論推翻了牛頓的萬有引力嗎?
    學過物理學的都知道萬有引力,牛頓說,一切物體都有引力,物體的質量越大引力就越大,物體間的距離越遠,引力就越小。愛因斯坦的相對論徹底詮釋了引力到底是什麼?相對論以一種新的理論證明了引力這東西根本不存在。
  • 月亮和地球之間距離越來越大.是不是宇宙膨脹引起的?
    月球是距離地球最近的星球。平常月亮距離地球大概是40多萬公裡,由於月球環繞地球運行是一個以一個軸心為主的橢圓形的軌道,因此,月球距離地球最遠比最近時多5萬公裡。月球與地球之間的距離的確在慢慢變大,大約每年遠離地球3.8釐米,幾萬年後,我們看到的月亮甚至會比太陽還小。但地月之間距離的改變並不是由於宇宙膨脹引起的,而是因為潮汐現象。
  • 宇宙中存在一個最小的距離尺度嗎?
    在這個量子版本的躲貓貓遊戲中,我們要問一個最基本的問題:「這個粒子在哪裡?」你可以通過測量確定粒子的位置,測量會給你一個答案。但是這個測量存在固有的不確定性,這種不確定性是由量子效應造成的。那麼,這種不確定性有多大呢?答案是,它和ħ和L都有關,其中ħ是普朗克常量, L是盒子的大小。 這個圖闡釋了位置和動量之間固有的不確定關係。
  • 宇宙既然是膨脹的,那為何40億年後銀河系和仙女座星系會相撞呢?
    在萬有引力、暗物質和暗能量的綜合作用下,宇宙間的所有星體每時每刻都處在不斷運動之中,無論是充斥在宇宙空間中的稀薄氣體和塵埃物質,單個的行星、衛星、彗星、恆星,還是恆星系以及更大尺度上的星系團。當確立了宇宙膨脹的理論之後,科學家們發現真的是絕大多數星系都在遠離我們,而且距離越遠退行速度越快,不過仍然有一些特例存在,比如仙女座星系就是其中之一。科學家們發現,在觀測仙女座星系中的「標準燭光」時,並非呈現的是典型的紅移現象,而是出現了藍移,說明仙女座並非遠離銀河系,而是在不斷地靠近銀河系。
  • 你能相信我們手指之間就存在許多個宇宙嗎?
    你相信你的手指之間存在宇宙嗎?這個問題看似荒唐,不過答案卻可能超乎你的想像。也許在你的手指之間,就存在著許多直徑不超過1毫米大小的宇宙!這些宇宙不是我們理解的傳統意義上的宇宙,這些宇宙無法被我們的雙眼看到,但是我們能夠清晰感覺到它們的存在。那我們到底是怎麼知道它們的存在呢?答案是:萬有引力。
  • 地球和太陽的距離會因為宇宙空間膨脹而越來越遠嗎
    我們現在已經知道了宇宙正在加速膨脹,所有的星系都在加速離開地球。但是在現實生活中,我們好像感覺不到它的存在。太陽看上去還是那麼大,並沒有因為宇宙膨脹而導致地球距離太陽越來越遠。那麼這是怎麼回事呢?是物理定律在太陽系中失效了嗎?
  • 根據萬有引力,宇宙中的物質應因引力而聚集,為何不斷加速擴張?
    於是他在引力場方程中加入了一個不影響方程式表達和正確性的常量,這就是宇宙常數,加入這個常量的目的,就是為了「抵抗」宇宙星體之間因引力發生坍縮的趨勢,從而將宇宙表達為一個靜態、穩定的狀態。然而,美國天文學家哈勃通過長期的觀測,利用造父變星光度的周期性變化,確定了目標星雲與地球的距離,而且這個距離會隨著時間的推移,不斷遠離地球,距離地球越遠的區域,其遠離速度越快。
  • 你知道嗎?宇宙中的星體,不是孤立地存在的
    今天小編要和大家說的是關於宇宙中的星體,感興趣的朋友一起來了解下吧。宇宙中的星體,不是孤立地存在的。在它們的引力作用下,一部分恆星往往聯繫並聚集在一起,組織成為一個相對獨立的系統。有時候,幾十顆、幾百顆、甚至幾千顆恆星集中在一個比較小的空間裡,形成為稠密的星群,我們把它叫做星團。而更多的恆星,包括幾百億、甚至一千億顆以上的恆星和含量不等的氣體及塵埃聚集在一起,就叫做星系。字宙中的星系很多。太陽所在的星系稱為銀河系。在銀河系中,除恆星,星團之外,還有一種雲霧狀的天體,是由龐大的氣體和塵埃密集在一起而形成的,這種天體叫做星雲。
  • 宇宙中真實存在嗎?如果人類掌握暗物質會怎樣?
    也正是根據這個發現,人們開始認識到很多東西你沒有發現,但是它們卻是真實存在的。在1922年的時候有個天體學家卡普坦,他根據觀測宇宙中天體的運動推斷出,在天體之間存在著肉眼不可見的物質,這就是暗物質第一次被提出來,儘管沒有證明確實存在,但是也為後續的研究提供了方向。
  • 科學家是怎麼計算星體與地球距離的?動不動幾十億光年,靠譜嗎?
    本文參加百家號#科學了不起#系列徵文賽作者:石蘭(抄襲必究)隨著天文愛好者這個群體越來越大,天文地理已經變得不再是極少數人的聊天話題。如果你足夠細心,那麼就一定會發現:當被描述的星體不是地球的時候,通常都會出現一個統一的參數,那就是該星體和地球之間的距離。
  • 既然地球上不存在永動機,那麼宇宙中存在嗎?
    但實踐證明,地球上不存在永動機。既然地球上不存在永動機,那麼宇宙中存在嗎?答案或許並非如你所想。根據史料記載,「永動機」這個概念最早出現的時期應該在公元1200年前,該概念起源於印度,隨後闖進了伊斯蘭教盛行的中東地區以及基督教盛行的歐洲地區。
  • 地球與太陽之間的距離如果變化20釐米,會有影響嗎?
    我們所在的地球每時每刻都在圍繞太陽作周期性的公轉,地球和太陽之間始終維持著一個相對穩定的距離,而地球公轉軌道是一個近似圓形的橢圓,說是近似圓形,是因為軌道偏心率非常低,僅有0.016722,正是這個偏心率的存在,使得在地球和太陽的距離上存在著一個近日點和一個遠日點。那麼,如果地球向太陽方向靠近20釐米,會出現什麼情況呢?
  • 地球與太陽之間的距離如果變化20釐米,會有影響嗎?
    我們所在的地球每時每刻都在圍繞太陽作周期性的公轉,地球和太陽之間始終維持著一個相對穩定的距離,而地球公轉軌道是一個近似圓形的橢圓,說是近似圓形,是因為軌道偏心率非常低,僅有0.016722,正是這個偏心率的存在,使得在地球和太陽的距離上存在著一個近日點和一個遠日點。
  • 假設的力:萬有引力子虛烏有,根本就不存在(中)
    這些天體旋轉的力量之大,就像水流中的漩渦,會產生空間彎曲。這就很好的解釋了愛因斯坦的相對論,水星的進動,以及各種天體產生的引力之源。比如,地球為什麼繞著太陽轉,月亮為什麼繞著地球轉,我們的身子和車、馬、海輪為什麼會被牢牢的吸在地球上。但是,這些由宇宙爆炸過程中產生的慣性漩渦引力,只是極端的個例,就像地球大氣環境下的旋風和颶風。
  • 天文學家根據什麼判斷星體與地球距離?動輒幾十億光年,靠譜嗎?
    隨著天文愛好者這個群體越來越大,天文地理已經變得不再是極少數人的聊天話題。如果你足夠細心,那麼就一定會發現:當被描述的星體不是地球的時候,通常都會出現一個統一的參數,那就是該星體和地球之間的距離。而這個距離單位不會是大家經常使用的公裡,而是一束光在一個地球年中傳播的距離,即光年。