注册 登录  
 加关注
   显示下一条  |  关闭
温馨提示!由于新浪微博认证机制调整,您的新浪微博帐号绑定已过期,请重新绑定!立即重新绑定新浪微博》  |  关闭

星海微萤

为天文研究工作者、天文爱好者和大众提供有用的信息

 
 
 

日志

 
 

对宇宙膨胀的认识  

2015-07-01 11:36:48|  分类: 随思断想 |  标签: |举报 |字号 订阅

  下载LOFTER 我的照片书  |
 

从表面现象看,宇宙的膨胀似乎是以我们自己为中心,离得越远的星系向外运动的速度越快,也就是当初爆炸的时候所获得的初始速度越大。之所以被称为“大爆炸”,也就是这个原因。不过实际的情况完全不是这样,在实质方面与“爆炸”完全没有任何相同之处。

正确的讲法,应该是说宇宙的膨胀,或者说空间的膨胀。这种膨胀运动,在三维空间里也许比较难以想象,总是会想象成爆炸。不过,可以这样来想象这种膨胀运动,即考虑一把金属的尺子,比如说它的长度是一米。由于温度的升高,它发生了膨胀,在一秒钟后变成了两米长。当然实际的膨胀幅度不可能这么大,但为了便于说明,我们就这样假定。

现在把这把尺子的两个端点分别称为A和B。假定我们处在A点,那么我们看B点相对于我们的运动速度就是以每秒一米。为了方便,我们假定光速就是每秒一米,那么B点就是以光速远离我们。按照这样的膨胀速度,似乎比 B 点离开我们更远处的点,离开我们的速度就会超过光速了。

可是实际上情况并不是这样。我们在这把尺子上任意取两点 C 和 D 。在一秒钟内,由于尺子的整个长度增大了一倍,C 和 D 之间的距离也就增大了一倍。但是,如果考虑 D 点相对于 C 点的运动速度,就不是这样简单了。如果这两点之间原来的距离是一厘米,一秒钟之后这两点之间的距离增加到了两厘米,因此 D 点相对于 C 点的运动速度是每秒一厘米。如果这两点之间原来的距离是十厘米,一秒钟后这两点之间的距离增加到了二十厘米,因此 D 点相对于 C 点的运动速度是每秒十厘米。如果这两点之间原来的距离是五十厘米,一秒钟后这两点之间的距离增加到了一百厘米,因此 D 点相对于 C 点的运动速度就是每秒五十厘米。于是,在 C 点看来,这把尺子似乎就是在以它为中心发生爆炸,而不是膨胀。

现在我们假定这把尺子的原来的长度不是一米,而是两米。那么,一秒钟后,它的长度增加到了四米。现在考虑 B 点相对于 A 点的运动速度,就应该是每秒两米,这就超过了我们假定的光速每秒一米,似乎是超光速运动了。可是,考虑这把尺子上任何相距一米的两点,他们之间的相对运动速度,依然是每秒一米,因此这把尺子实际上的膨胀速度,并没有增大,还是在以原来的速度膨胀。

正因为这个原因,在表示一个物体的膨胀速度时,不能简单地说它的膨胀速度是每秒多少米,而应该要进一步表明这个速度是相对于多大的距离而言的,例如说每一米的距离的膨胀速度是每秒一米,或者表示为每米每秒一米,也就是每厘米每秒一厘米。这两种说法是完全相等的。

我们所处的宇宙的膨胀速度,被称为哈勃常数,它的数值根据现在的测定是每百万秒差距每秒 74 千米。其中秒差距是天文学的一个距离单位,等于 3.25 光年。按照这样的膨胀速度,对于距离我们相当远的天体,它们相对于我们的远离速度,确实会超过光速。但这并不是真正的超过光速运动,只是我们观测上的一种假象。

不过这里还有一个问题,如果一个天体以相对于我们的超光速远离我们,那么从这个天体向我们发射的光子,怎么还会到达我们这里,被我们看到呢?照例,确实应该是这样,因此我们看到的仍然是一种假象。比如说,一个天体,以极其接近光速的速度离开我们远去。它以垂直于我们到它的连线(即视线)方向发射出一团发光的物质,那么这团发光物质离开我们远去的速度,应该仍然等于那个天体离开我们远去的速度,也就是极其接近光速而并没有超过光速,因此它所发射出的光子仍然可以到达我们这里被我们观测到。可是,这团物质的合运动速度,应该是它远离我们的速度和天体把它发射出来时的垂直于视线方向的速度的合速度,这个合速度,显然是有可能大于光速的。但这个合速度,并不是这团物质真正的运动速度,因为它远离我们而去的那个速度,也并不是它真正的在宇宙空间的运动速度,而仅仅是空间膨胀的一种反映。

为什么任何物质的运动速度不可能超过光速,其实如果把空间理解为场,那就很容易理解了。光速,其实就是场的一种固有的属性。场具有四种形式,即引力场、电磁场、弱核力场合强核力场。这四种场的波动在不受阻碍的情况下的传播速度,都等于光速。粒子是场的浓缩,因此粒子的运动速度也就不可能超过光速。而宇宙中的一切天体,归根结底都是由粒子形成的,因此这些天体的运动速度当然也就不可能超过光速。但是,在考虑这个问题的时候,一定要把空间本身的膨胀速度和天体在空间内的运动速度区分开来,不能混淆在一起,否则很多现象就不可理解了。

例如,在离开我们极远的地方,所有的天体都以接近光速的速度离开我们远去。可是,实际上,这些天体相互之间的相对运动速度,都远小于光速,可能只有每秒几十千米或者几百千米。就以我们银河系来说,相对于附近的星系的运动速度,也就是只有每秒几百千米,可是如果在远离银河系一百多亿光年的地方看我们银河系,我们的银河系也正以接近光速的速度在远离那里。

 

  评论这张
 
阅读(45)| 评论(0)
推荐 转载

历史上的今天

在LOFTER的更多文章

评论

<#--最新日志,群博日志--> <#--推荐日志--> <#--引用记录--> <#--博主推荐--> <#--随机阅读--> <#--首页推荐--> <#--历史上的今天--> <#--被推荐日志--> <#--上一篇,下一篇--> <#-- 热度 --> <#-- 网易新闻广告 --> <#--右边模块结构--> <#--评论模块结构--> <#--引用模块结构--> <#--博主发起的投票-->
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

页脚

网易公司版权所有 ©1997-2017