再談宇宙膨脹與吹氣球和插竹竿比喻之通俗解釋

2021-01-09 時空通訊

關於宇宙膨脹超過光速與光速不得突破的矛盾問題,網絡上天天都有質疑之聲,這個問題我已經有過多次專門的論述,但還是不斷的出現,說明很多網友依然很迷惑,就來多說幾句。

愛因斯坦狹義相對論中對光速的性質做了規定,一是屬於真空中傳播最快的速度;二是光速恆定,在任何慣性參照系觀察都是一樣的,光速不能疊加;三是光速極限,任何有靜質量的物體都不能突破光速,一個電子也不行。

光速限制是因為速度越大,物質的動量就越大,當越來越無限接近光速時,物質的動量就會趨於無限大。無限大是什麼意思呢?就是整個宇宙也是有質量的,一個電子到達光速時動量就超過了整個宇宙,這就是一個悖論,如果真有此事,宇宙時空將完全被撕裂。

宇宙膨脹不是物質的膨脹,是空間本身的膨脹,而且宇宙膨脹在小尺度上並不快。

要理解這個問題,一定要學習一點時空知識,時空和物質三位一體,不能單獨存在,但它們又是各有特點,不是一碼事。空間的膨脹只會是物質在空間中稀釋,密度變小,而不是物質本身的膨脹,因此不受光速藩籬限制。

這個世界上有幾種不受光速藩籬限制,但有可能超光速的現象(注意是現象,不是實質),就是宇宙膨脹、量子糾纏、蟲洞穿越、曲速航行。

宇宙膨脹速度在科學界是有精確測量的,不是隨便誰說說的。哈伯常數就是衡量宇宙膨脹的度標。

宇宙膨脹的特點是各向同性、均勻膨脹,就比如一個氣球,是一直用均勻速度吹大,而表面的花紋點狀就會隨著氣球的膨脹而相互分開,相鄰的兩個點分開的並不快,但如果以一個點為基點(地球),距離最遠的那個點離開速度就很快了。

我曾經用插竹竿來比喻,每隔1米插1根竹竿,插100根,這時竹竿在氣球效應作用下開始離開自己,距離最近的那根竹竿離開了1米,就變成距離我們兩米,而每根竹竿都分開了1米,最遠的那根竹竿就離開了我們200米。明白了吧,在宇宙930億光年直徑尺度上,我們觀察的結果是,四面八方都是這種竹竿,465億光年半徑的最遠處,那根竹竿才是宇宙膨脹超過光速的地方。

2013年歐洲航天局通過普朗克衛星測量的哈勃常數為67.80±0.77(km/s)/Mpc,Mpc是百萬秒差距單位,1個秒差距為3.26光年。

這個意思就是說在距離我們326萬光年的地方,星系離開我們的速度為67.8公裡/每秒,正負誤差為0.77公裡。

根據星系遠離我們的速度越近越慢,越遠越快的「插竹竿」道理,在距離465億光年的星系遠離我們的速度就達到每秒96.7萬公裡,而距離我們1光年的地方膨脹速度才2.08釐米/秒。而且在近距離宇宙尺度,星系運行主要是靠萬有引力控制。

具體算法就不在這裡贅述了,有興趣的可以查閱時空通訊前面很多關於這個方面的文章,只要在頭條搜索欄裡鍵入「時空通訊(空格鍵)宇宙膨脹」就會出現若干篇不同側面介紹這個問題的文章。

現在科學界最新測得的哈伯常數每秒超過了70公裡(《天體物理學》期刊刊登新哈伯常數為73.52 ± 1.62(km/s)/Mpc),這個速度就更快了。

就是這樣,歡迎討論。

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  • 宇宙在超光速膨脹中?宇宙到底有多大?
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  • 如果宇宙在膨脹,我們也在膨脹嗎?
    宇宙不再局限於靜態,它可以根據其中的內容進行膨脹或收縮。物質和能量告訴時空如何彎曲,而彎曲的時空決定了物質和能量的移動方式。廣義相對論不僅適用於我們在地球和太陽系其他地方發現的引力,而且適用於巨大宇宙尺度:星系、星系團、甚至整個宇宙本身。最後一部分特別令人著迷:如果我們採用一個平均(均勻)充滿物質和/或能量(包括不同形式的物質和/或能量的組合)的宇宙,那麼宇宙必須是膨脹或收縮的。即使它在一開始就不能保持靜態超過一瞬間。
  • 人類有可能追尋到膨脹宇宙的邊緣嗎?答案是悲觀的:永遠不可能!
    眾所周知,就連愛因斯坦當初也無法接受宇宙整體在膨脹的想法,所以對於我們普通人來說,宇宙從「大爆炸」開始且一直「膨脹」到現在,這一點似乎很難讓人直觀地理解。很多科學家總喜歡用一個膨脹中的氣球來比喻宇宙空間的膨脹,如果氣球的表面有兩隻螞蟻,在氣球膨脹的過程中,這兩隻螞蟻相互之間會越來越遠離對方。
  • 宇宙沒有中心,因此所有拿宇宙中心說事的都是瞎扯
    有人提出這樣的問題:距離宇宙中心越遠,星球的公轉速度是更快還是更慢呢?這個問題也讓人摸不著頭腦,實際上這種說法是在不知宇宙為何物。現在我們就來討論一下宇宙中心的問題,以正視聽。要回答這個題目,或者出這個題目的人,請你先告訴我宇宙中心在哪裡,然後才能談距離中心遠近的問題。
  • 宇宙膨脹或許像冰花的生長,宇宙暴漲超光速之謎
    有可能宇宙暴漲速度就是量子糾纏速度,所以宇宙大爆炸速度超光速。關於這一點,我之前寫過一些文章和回答,今天又看到了類似的問題。1965年,兩個美國工程師彭齊亞斯和威爾遜在給天線除噪聲的時候,發現了一種無處不在的噪聲,跟大爆炸理論預言的微波的特徵非常吻合。
  • 都說宇宙以光速膨脹,那麼在我們宇宙外無限大的地方都是空的嗎?
    這是一個網友提問,顯然他有很多概念是錯誤的,我們來幫他釐清解釋一下吧。按照目前的理論和實際觀測,宇宙空間的確在加速膨脹。只要它們距離沒有超過133億光年,相互退行的速度就小於光速,但同樣是它們,相對於與它們距離超過133億光年的其他星系的退行速度卻是大於光速的,所以這種超光速是一種全空間膨脹的積累。由此可見,這種退行速度規律是整個宇宙每一點都在膨脹的表現證明。宇宙整體在膨脹,膨脹是宇宙的特徵。這就像吹氣球,氣球上的任意兩點距離隨著氣球膨脹而增大。起初相距遠的,膨脹後相距更遠。
  • 從宇宙起源到宇宙膨脹,這些科學理論科學嗎?
    一直以來,宇宙本身只是一個點源於一場大爆炸,並且宇宙還在不斷的膨脹,這些理論已經對我們產生根深蒂固的影響,這讓我們都不得不信以為真了。但宇宙的起源和宇宙膨脹只是一個理論,只是根據一些現象進行的推理,這種推理未必就是真理,很多科學家也開始推翻這種理論。