宇宙年龄138亿年,直径930亿光年,光速最快,这违背宇宙大爆炸吗?

如题所述

关于宇宙的起源,宇宙大爆炸理论是目前最主流的一个理论,该理论认为宇宙诞生于138亿年前,一个密度无限大的奇点大爆炸。

如果按照宇宙膨胀速度为光速的话,我们能够观测到的宇宙大小,就应该是一个138亿光年为半径的球体,但按照现有的科学理论,经过一系列的数据演示和推算之下,目前宇宙的可观测直径大约是930亿光年。


这里的光年是一个长度单位,指的是光在宇宙真空中沿直线传播了一年时间所经过的距离。而光是宇宙中最快的速度,宇宙的年龄是138亿年,宇宙的可观测直径930亿光年,这难道不矛盾吗?

宇宙的年龄

迄今为止,关于宇宙演化的主流观点就是奇点发生了大爆炸,并且一直以来科学家们都认为宇宙是稳态不变和无限的。


在1916年,爱因斯坦提出了广义相对论,并应用广义相对论场方程对宇宙演化的问题进行研究验证,最后得出的结果却是出乎意料,宇宙并不是稳态不变的,是一直都在进行动态变化,很明显这和当时的主流科学观点不相符,不过最后爱因斯坦却接受了宇宙是稳态的,与此同时还在其场方程中加入了宇宙学常数。


直到1929年美国天文学家爱德温哈勃通过望远镜发现了许多的河外星系,并且还发现它们都在远离地球,宇宙大爆炸理论的首个证据也被发现,除此之外宇宙背景微波辐射的发现也更加让科学家们确定。

而且很明显的是宇宙一直处在膨胀中,我们试想一下,既然宇宙一直处于膨胀之中,那么或许我们就可以回溯时间,在时间的最初宇宙的所有物质都必定聚集在一个很小的范围内,那么宇宙的年龄就可以根据宇宙大爆炸留下来的证据。

比如星系退行的速度、微波背景辐射、原初核素丰度这几方面得出,很快天文学家哈勃创造出来了哈勃定律,而哈勃常数H0则是天文学上非常重要的数值,并且它的倒数还被天文学家称为“哈勃年龄”。


它指的其实是宇宙按照一定的均匀线性的膨胀速率膨胀到如今花费的时间,但是我们大家要知道我们所处的这个宇宙的膨胀速率并不是一成不变的,它膨胀的速度有快也有慢的时候,因此“哈勃年龄”也只能作为宇宙年龄的一个近似值,也就是说可以作为宇宙年龄的一个上限值。我们人类应用Λ-CDM模型可以精确地计算出宇宙的年龄为138.2亿岁。


宇宙的可观测直径。

目前我们人类计算出宇宙的可观测直径为930亿光年,或许大家会对这一问题感到疑问,毕竟宇宙的年龄大约只有138亿岁,首先我们需要理解“可观测宇宙”的概念。

可观测宇宙是一个以观测者为中心的球体空间,包括目前从地球上观测到的所有物质,由于自从宇宙开始膨胀以及这些物体能够产生电磁辐射开始,这些电磁辐射就都会有机会到达我们的地球。


换句话来说就是指物体发出的光有足够的时间到达观测者,也可以说宇宙的可观测直径为930亿光年指的只是人类目前可以观测到的宇宙范围,我们可以理解为就是以地球为核心的一个半径465光年的球体范围,这并不意味着代表着宇宙的最真实范围,只是距离我们465亿光年远外的星系或者物质的光刚刚到达地球被我们看到,但是距离更远的光还没有来到地球。


总的一句话来说就是,可观测宇宙由于光速限制而目前只能看到的范围相对应的现在的宇宙区域,因此我们也可以说可观测宇宙的大小与宇宙年龄有关。

随着宇宙年龄的增大,可观测宇宙的直径依然还会增大,并且我们人类根据现在138.2亿岁的宇宙年龄可以计算出可观测宇宙是以地球为中心,直径为930亿光年的宇宙范围。

宇宙超光速膨胀。

在爱因斯坦的狭义相对论中,光速不可超越,每秒为299792.458千米,但自从科学家们发现了宇宙在不断膨胀之后,就认为宇宙膨胀的速度要比光速快得多。


宇宙在最开始的时候并不是现在这个模样,是一个奇点,发生了一次大爆炸,不过在爆炸之后,宇宙也并不是一蹴而就的,在最初爆炸的一秒内,宇宙就迅速膨胀到10光年大小,而一年以后,宇宙的范围直接就扩大了100倍,达到了1000万光年,而目前宇宙仍然在继续膨胀。

其实早在1927年,物理学家勒梅特就从广义相对论中的弗里德曼方程推导出了宇宙在膨胀的观点,但直到两年后,由于天文学家哈勃的发现才证明了这一猜测。

哈勃通过分析了宇宙中星系的光谱发现,河外星系的光谱只有极少数的表现出了蓝移,大多数都表现出红移。


根据多普勒效应,大部分星系正在做远离银河系的运动,蓝移的都是离银河系很近的星系,而红移的都是遥远星系,并且红移值正比于它们与银河系的距离,这就是著名的哈勃定律,而对于这种现象的解释就是宇宙正在膨胀。

根据哈勃定律测量出来的宇宙膨胀速率值,也就是哈勃常数,其数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc,这个数值表示的是宇宙中星系的远离速度,相当于每远326万光年(百万秒差距),就每秒增加67.8公里,正负误差为0.77公里。


根据这个数据就可以计算出可观测宇宙半径465亿光年远的星系,远离速度就达到了每秒96.7万公里,是光速的3倍多,所以宇宙在超光速膨胀。

总结

客观的来说,宇宙年龄为138亿年,而宇宙又在超光速膨胀,所以宇宙的半径是用138亿年的时间膨胀了465亿光年。

客观的说,可观测宇宙直径为930亿光年其实就是由宇宙空间超光速膨胀引起的,光速只是只是限制运动和信息传递速度的上限,这样其实并不矛盾。

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第1个回答  2020-06-04
不违背宇宙大爆炸啊,爆炸之后才产生了很多新的行星,光速最快也就这样产生了
第2个回答  2020-06-04
不违背,宇宙大爆炸只是一个物理猜想,没有十分准确的定义,所以谈不上违背。
第3个回答  2020-06-04
因为宇宙是在超光速膨胀,因此会出现138亿年的时间膨胀半径达到465亿光年,并且宇宙的超光速膨胀并不违反爱因斯坦的相对论限制,因为膨胀的是空间而非物质。在未来宇宙只会膨胀的越来越快,直到有一天甚至粒子都会撕碎,宇宙进入热寂状态。 所以不违背宇宙大爆炸。
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