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宇宙一直在膨胀变大,但为什么没有把你变胖?

为什么你没有变胖呢?

我们都知道,按照目前的主流理论以及观测结果,宇宙起源于一次大爆炸,并且从这之后,宇宙就开始膨胀了。可问题来了,如果宇宙是在膨胀,为什么太阳系内的各种行星,同时我们自己也没有因为宇宙膨胀而变胖。这背后的原因到底是什么?

如果坐飞机飞过一片森林,从天空上看,整片森林各处基本上都是一样的。这是从大尺度上看的。

但如果,你飞得近一点,仔细看某个区域或者某个树,你就会发现从小尺度上看每一处又都和其他地方不太一样。

其实宇宙也是这样,从大尺度上看,宇宙中的物质是均匀分布的。

所以,和森林与一棵树的情况一样,宇宙在大尺度上和小尺度上所看到的面貌也是不同的。那么,这两者有什么不同呢?

引力和斥力

我们都知道,我们所在的宇宙是一个以物质主导的宇宙,其中已知的物质和暗物质会有引力作用,如果宇宙仅仅存在这两者,那其实最终会收缩到一个点上。因此,宇宙还存在着另外一种以暗能量主导的斥力。这两者在宇宙的138亿年间相互博弈。

138亿年前,宇宙起源于大爆炸,大爆炸之后,在极短的时间内,宇宙的空间大幅度膨胀,我们也管这个叫做暴胀。 此时宇宙的空间剧烈的膨胀,如果把宇宙早期的空间大小看成一粒沙子那么大,那暴胀就使得宇宙膨胀到可观测宇宙那么大(直径930亿光年),在把可观测宇宙看成是一粒子沙子,再膨胀到可观测宇宙的大小。正是因为宇宙暴胀的存在,才使得宇宙的物质分别得十分均匀。

大暴胀过后,宇宙空间开始减速膨胀,这是因为此时的宇宙是物质和暗物质主导的,之所以会这样是因为宇宙空间还不够大,暗能量的大小和空间的大小有关,因此,我们也把暗能量称为真空能。所以,由于宇宙拥有一个膨胀的初速度,而引力起到的作用是让这个速度减慢的作用。如果后来不是暗能量占据主导,那么宇宙空间可能在引力作用下,膨胀速度降为0,然后开始收缩。

在距今40多亿年前,宇宙当时的大小是现在的70%左右,暗能量开始占据了主导,从大尺度上引力大于了斥力,因此,宇宙开始加速膨胀。

而宇宙加速膨胀并也不是理论推导出来的,而是基于1998年的两个独立的科研小组观测Ia型超新星得出的结论,这两个科研小组的负责人在2011年获得了诺贝尔物理学奖。

宇宙在膨胀,为什么我们没有变胖?

我们先搞清楚宇宙空间是如何膨胀的,其实它的膨胀是处处相等的等比例膨胀,而不是边缘在向外扩。如果你在一个星系内,那你看到的景象其实应该是所有的星系都在远离你。

其次,宇宙膨胀是在大尺度上才能体现出来的。

从大尺度上,宇宙是在膨胀的,而膨胀本身和暗能量有关,暗能量又和空间大小有关。也就是说,如果空间尺度很小,我们是体会不到所谓的膨胀效应,因为在这当中是物质的引力在起作用,只有尺度达到一定程度之后,膨胀效应才明显,具体要达到多大的尺度呢?

现在来看,至少要达到1亿光年的尺度,而我们要知道的是银河系的直径也不过20万光年而已。这和1亿光年的差距不是一点点,而是差了3个数量级,因此,不要说在太阳系内体会到宇宙膨胀效应了,就是在银河系内都体会不到。而银河系是在本星系群里的,本星系群内有几十个类似于银河系的星系。本星系群的尺度也不过1000万光年,也是不体现膨胀效应的。

而本星系群又在室女座超星系团内,室女座超星系团的直径达到了1.1亿光年,也就是说,我们要感受到膨胀,要从室女座超星系团的整体来感受。

以上其实是一个角度来看这个问题,我们还可以从哈勃常数来看。哈勃是观测到星系红移的科学家,换句换说,他就是第一个看到星系在远离我们的科学家,后来,经过深入研究,科学家才发现不是星系在运动,而是空间在膨胀。

于是,后来,我们用哈勃常数来表述宇宙空间的膨胀效应,根据普朗克卫星发回来的最新数据,我们可以得到哈勃常数H=67.15,啥意思呢?

就是说,距离每增加326万光年,膨胀速度就增加67.15(km/s)。而326万光年的距离可是有3.08*10^15(km)。因此,相对于自身的尺度,膨胀效应其实是微乎其微的,如果不在大尺度上去看,我们很难能够体会到宇宙在膨胀。

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