宇宙膨脹如何影響居住在宇宙的事物?是所有一切都在變大嗎?

2021-01-18 天文在線

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物理學家:早在埃德溫·哈勃(著名望遠鏡)的時代,就注意到更遠的銀河系,以很快的速度遠離我們。通過這個他明白宇宙正在以一個非常特殊不可思議的方式膨脹。事實上物體之間的空間在以自己的方式不斷擴張,而不只是物體在飛散(像爆炸產生殘骸一樣)。

這邊不同的地方有一些細節。

你知道的,隨著宇宙自身膨脹,一切都會膨脹。畢竟,宇宙膨脹大概與一個拉伸橡膠板類似。如果你拉伸橡膠板,任何畫在上面的東西也會一起拉伸。

宇宙爆炸不會導致宇宙中事物一起爆炸,僅僅是移動。

但事實上,當所有事物之間和裡面的空間增大時,事物本身並沒有增大。或者至少,他們迅速恢復的速度快於被拉伸的速度。原子尺寸,他們的化學健,組成他們的所有一切都在被延伸,由物理定律和常數決定。例如,電子軌道尺寸被玻爾半徑改變,a0,它剛好適用於物理常量。 , , , , , ,全部都是常數,被深深刻進了宇宙定律中,但是他們中沒有一個非常涉及周圍空間多大。

周圍所有東西都是「應該」的大小。至少,所有一切是固體。較軟的事物,像恆星,氣體,雲朵,或是某種東西則傾向於有一個獨特的穩定尺寸。當宇宙膨脹時宇宙裡的一顆恆星也會膨脹。但是,隨著密度的下降導致核聚變率下降,核心冷卻一點,恆星就可以自由瓦解回到它所偏好的平衡大小。同樣的概念適用於化學健:任何給定分子中的原子都彼此相距一定的距離,當空間擴張時可能會分開他們稍遠的距離,但是毫無疑問他們想要回到最初的距離。

值得注意的是這不是任何有幾分相似的事物需要擔憂/ 包括進計算/ 公開討論。現在宇宙在以大約72(km/s)的速度膨脹/Mpc(每秒公裡每兆帕)。這個速度被稱作「哈勃常數」,這是一個不可思議的名稱,它考慮到宇宙的歷史從不是恆定的。不像其他物理常量是恆定的。這個膨脹速度意味著宇宙間距每年以大約 0.0000000074%的大小增加。

在宇宙的尺度上(450億光年,給予或接受)膨脹是重要的。在我們銀河系的尺度上(100,000 光年),尤其在人類的尺度上( 光年),膨脹也不是無意義的。你的頭發生長比宇宙「膨脹你」的速度快1億倍,但你的原子從不會自然而然的彌補頭髮的生長。儘管如此,哈勃常數不能被視為常數。事實上它一直在增大。因此,在未來,膨脹可能會在較小的規模上被注意到。

或許在某個時刻,在難以置信的久遠未來,宇宙膨脹足夠迅速能克服使物質恢復平衡的力量。一旦恆星的重力被克服,它就會飛離。一旦維持化學健的電力被克服,其他一切都會過去。這個不幸的時刻,被並列稱為「大裂口」和「大爆炸」。大裂口何時發生、是否發生,陪審團尚沒有定論,但如果發生,相信會有很長的一條路要走。

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宇宙加速膨脹是宇宙的膨脹速度越來越快的現象。以天文學術語來說,就是宇宙標度因子 {a(t)}a(t) 的二次導數是正值,這意味著星系遠離地球的速度,隨著時間演進,應該會持續地增快。這速度是哈勃定律裡所提到的退行速度。於1998年觀測Ia超新星得到的數據,提示宇宙的膨脹速度正在加快。物理學者索爾·珀爾馬特、布萊恩·施密特與亞當·裡斯「透過觀測遙遠超新星而發現了宇宙加速膨脹」,因此,共同榮獲2006年邵逸夫天文學獎與2011年諾貝爾物理學獎。

作者: askamathematician/The Physicist

FY: 時青

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