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看到的宇宙都是已经发生过的事,都是假象?研究它还有没有意义?

看到的过去,都是假象吗?

我们仰望星空,看到的都是过去的景象。也就是说我们看得越远就是在回望宇宙的过去,例如,我们看到的月亮就是1.28秒之前的景象,太阳就是8.19分钟之前的太阳,猎户座左肩上的参宿四就是640年前的样子,为什么会这样呢?这一切都是假的吗?此时此刻宇宙的景象我们无法得知,那会不会影响我们对宇宙的研究?这一切都是因为真空的光速是有限的,并且宇宙太过浩瀚,先说一些光速。

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真空中的光速是每秒299,792公里,理论上没有什么能比光速更快。如果你能以光速旅行,就能在一秒钟内绕地球7.5圈。

光速的历史

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早期的科学家无法感知光的运动,因为光速太快了,所以会认为光是瞬间传播。人们所知的关于光速的第一次论述来自古希腊哲学家亚里士多德,他与另一位希腊科学家恩培多克勒斯(Empedocles)就光速发表了不同的意见。恩培多克勒斯认为,因为光会移动,所以旅行必须花时间。亚里士多德则认为光是瞬间传播的,他不同意光旅行的观点。

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1667年,意大利天文学家伽利略(GalileoGalilei)在相距不到2公里的山上首次测量了光速,大致就是在两个山顶站两个人,每人拿着一盏灯笼。一个人先打开灯笼,当第二个看到光时,他也打开了自己的灯笼。通过观察光在这之间传播的时间,伽利略认为自己可以计算出光速。但不幸的是,光速太快了根本都看不出传播时间,所以他只能猜测光的传播速度至少是声音的10倍。

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16世纪70年代,丹麦天文学家奥尔·罗默(Ole Romer)第一次真正的测量了光的速度,当他观察木星的卫星艾奥(Io)的运动时,发现在几个月的时间里,艾奥(Io)从木星阴影里出现的时间比预计的要晚,在另外几个月里,又比预测的要早,这是因为地球在轨道上的运动造成的,也就是地球到木星的距离在改变,于是罗默确定光从Io到地球需要时间。当木星和地球相距最远时,日食出现会晚一点,而当相距较近时,日食会提前出现。这给了罗默令人信服的证据,表明光在太空中以一定的速度传播。”

他的结论是,光从太阳到地球需要10到11分钟,这是一个过高的估计。他的计算速度为每秒20万公里。

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1728年,英国物理学家詹姆斯·布拉德利根据地球绕太阳公转引起的恒星表面位置的变化进行了计算。他认为光速为每秒301,000公里,将光速精确度在1%左右。出生于普鲁士、在美国长大的阿尔伯特·迈克尔逊(AlbertMichelson)在1879年测量的光速为每秒299,910公里,这被认为是40年来最精确的光速测量。

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现在我们知道了光速是有限的,它在空间传播中要花费时间,但宇宙并不是恒定不变的,而是变化,甚至变化的速度会超过光速,这就造成了宇宙中有些发光物体的光已经达到地球,有些至今都没有达到地球,到达地球的光中,有些其实已经与我们失去了因果关系。

现在再来说下宇宙的大小,

以及我们现在看到的景象会不会影响我们对宇宙的研究?

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美国著名天文学家爱德文·哈勃通过对遥远星系的距离以及光线红移的测量,发现了宇宙在膨胀,根据这个重大的发现,我们反推出了宇宙起源于大爆炸。

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在大爆炸之后,空间一直在膨胀,但呈减速膨胀状态,在宇宙诞生后38万年的时候,由于空间的冷却,中性原子得以形成,这时宇宙中残余的光子得以自由传播,不再受到带电粒子的散射,这些光子经过大约138亿年的旅程目前已经达到地球,这是我们接收到宇宙中最早的光,我们称之为微波背景辐射。

但这时的宇宙并没有形成恒星、星系,而是一片温度偏高的中性气体云,宇宙还需继续膨胀冷却,随着万有引力的作用,气体云中密度稍高的地方物质开始聚集,等达到一定的密度阈值,坍缩的气体云中心点燃核聚变,第一批恒星诞生,这大约发生在宇宙诞生后5000万到1亿年间。

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但这时空间已经在这个时间短内膨胀到了非常大的范围,且一直在膨胀,也就是说恒星、星系形成以后,光开始向地球传播的同时,这些发光的物体也同时在远离我们,离我们比较近的恒星、星系光会首先达到地球,那些离我们比较远的恒星、星系则需要更多的时间到达地球。

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但此时恒星、星系远离的速度一直在减慢,就算它一开始膨胀得很快,但总有一点速度会降下来,因为这时的宇宙是由物质控制的,万有引力在对抗宇宙的膨胀,如果一直这样持续下去,宇宙膨胀速度减缓,那些遥远的星系的光总会有时间达到地球的,未来我们在地球上将看到更多的恒星、星系。

但是在1998年,我们通过对遥远超新星数据的观察,通过距离和红移数据得出宇宙在加速膨胀,这说明现在的宇宙有一种未知的力量在撕扯着空间,这就是我们所说的暗能量。

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宇宙的加速膨胀大约发生在45亿年左右,也就是太阳系形成的时期,根据我们最好的测量发现,暗能量掌控宇宙以后的宇宙膨胀率为68(km/s)/Mpc,也就是空间上每增加300万光年的距离(或者每过300万年),星系远离地球的速度增大68千米每秒。按照这个膨胀率,目前136亿光年外的星系已经在超光速远离我们了。

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这就是说,那些在暗能量掌控宇宙以后,光线还没有来得及达到地球的星系,它们的光将永远不会达到地球,因为它们与地球之间的空间正在超光速膨胀,那些在暗能量掌控宇宙之前光线已经到达地球的所有星系,虽然这些星系中最远的已经膨胀到了可观测宇宙半径的附近,但它们在历史上发出的光将能持续到达地球被我们看到。只是它们现在发出的光我们将永远不会看到。

看到的宇宙都是已经发生过的事,都是假象?研究它还有没有意义?

那些现在在136亿光年内的星系,它们远离地球的速度没有超过光速,因此现在发出的光是可以到达地球,但那也是数十亿年之后的事情了,我们现在看到的它们只是它们刚诞生时候的样子,随着时间的推移,我们将持续看到它们的变化。

因此,我们虽然看不到宇宙中发光物体现在的模样,但我们可以看到它们的过去,随着时间的推移,它们历史上发出的光将持续到达地球,等某一天它们突然消失了,有可能是已经消亡了,也有可能是因为空间的膨胀,它们的光再也达到不了地球了。这些都是真实发生的事件,并不是假象,而且由于光速的有限和宇宙的浩瀚,我们才得以研究宇宙的历史,如果光速时瞬时的,我们看到宇宙的样子都是今天的样子,那我们如何去研究宇宙的起源?!

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