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如何理解宇宙膨胀超光速,而我们看到的却几乎没变化?

常常听说宇宙膨胀超过光速,可我们看到的太阳和月亮并没有膨胀离我们而去,这里面的奥妙到底是什么呢?有兴趣就一起来探讨。

如何理解宇宙膨胀超光速?

这个问题时空通讯已经回答过很多次,看来还有许多人有兴趣,并且没弄清楚,就再啰嗦一遍。

宇宙膨胀整体超光速是肯定的,小尺度很慢。

这个超光速是基于宇宙很大,有465亿光年可观测半径,这是一个庞大的数字。

我们一定要理解光年是一个什么概念。

光年就是光在真空中走一年的路程。光速在真空中每秒约30万公里,一个儒略年为365.25天,就是31557600秒,这样一光年就是约9.46万亿公里。

旅行者1号是人类发射已经飞得最远的航天器,飞了43年时间,才走了220多亿公里,约430分之一光年。它现在以每秒17公里的速度飞行,要飞出太阳约1光年的引力圈,还需要17000多年。

从我们地球和太阳系的运行来看,我们并没有感觉到宇宙膨胀的速度,否则我们就无法把控旅行者1号的飞行轨迹和速度了。

为什么宇宙膨胀速度超光速,我们感觉不到呢?

原来宇宙膨胀是均匀的膨胀,就像吹一个气球,当然不是我们想象这么小的气球,也不是有一个吹嘴的气球,而是一个不断胀大像篮球一样圆形的球。

这只是为了比喻,实际上宇宙的样子远比这复杂很多,而且到底什么样,也无定论。

如果按照这个球来比喻宇宙,所有的星系都在这个圆形的球表面上,随着球的胀大,所有的星系都会相互分开。

但靠得很近的星系分开是缓慢的,只有远距离叠加起来才离开得很快。

所以,科学家们测量宇宙膨胀速度参数,也叫哈勃常数,是测量距离我们百万秒差距(Mpc),约326万光年远星系离开我们的速度。

几十年来,科学界通过各种个方法测得的哈勃常数有一些出入,大概在67.8~82.4km/s·Mpc之间,平均值约75.1km/s·Mpc。也就是说在距离我们326万光年的地方,星系离开我们的速度约75.1公里每秒。

计算宇宙膨胀速度适用哈勃定律。

天文学家埃德温·哈勃在上世纪初页发现了宇宙膨胀,并得出了哈勃定律,其表达式为:Vf=HcxD。

这里,Vf表示星系远离我们的速率,单位为km/s(公里/秒);Hc为哈勃常数,单位km/(s·Mpc);D为要测算的目标相对地球的距离,单位Mpc。

哈勃定律包含着哈勃发现的宇宙膨胀规律,就是各向同性,速度均匀,越远越快,越近越慢,与距离成线性正比关系。

我们根据哈勃定律,代入哈勃常数,就可以计算出距离我们任意距离星系离开我们的速度。

在那个可观测宇宙边缘距离我们460亿光年的最远星系,离开我们的速度就大于光速的三倍。

这就是宇宙膨胀大于光速的含义。

同样,我们根据哈勃定律,代入哈勃常数向近距离反算,就会得出距离我们1光年的地方,宇宙膨胀的速率为0.023m/s,也就是每秒约2厘米多点。

在光年尺度,这点速度完全可以忽略不计吧?

即便距离我们254万光年的仙女座星系,宇宙膨胀速度也是微乎其微的。

根据哈勃定律测算,在仙女座位置宇宙膨胀速率为58.5km/s,根据这个速率简单计算,1000年才运行约1.85万亿公里,约合不到1/5光年。相比254万光年,只运动了1270万分之一,人类肉眼根本无法分辨出来,因此人类看到的恒星等天体几千年似乎都没有什么变化。

更重要的是,在宇宙小尺度空间,引力还是起决定因素的。

我们地球围绕着太阳公转,太阳围绕着银心公转,整体上并没有因为宇宙膨胀而分开。

而且,银河系与仙女座星系也由于相互巨大的引力,不但没有分开,还在以每秒约100多公里的速度靠拢,按照这种趋势运行,在未来40亿年内,必然会发生相撞融合。

宇宙中星系合并融合的事情很常见,一般认为,巨大的椭圆星系就是星系融合的结果。

现在宇宙中还有许多正在融合过程中的星系被发现,这些都证明宇宙膨胀是大尺度膨胀,小尺度引力还是天体运行的决定因素。

但宇宙膨胀终究是宇宙整体的运动趋势,受着暗能量的驱动,如果暗物质无法战胜暗能量,宇宙永远膨胀下去,所有星系最终都免不了分散消亡的下场。

宇宙的结局有很多种,其中的理论很复杂,这里就不扯了。

这就是时空通讯理解的宇宙膨胀,大尺度超光速,小尺度很缓慢。

就是这样,欢迎讨论,感谢阅读。

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