宇宙年齡138億歲,卻有465億光年半徑,這里面有什麼矛盾嗎?

漫酱~ 2022/12/23 檢舉 我要評論

先說答案:這半點也不矛盾。

科學界對宇宙年齡還沒有一個準確的共識,138.2億歲只是一個比較廣泛的認可,但近來測得的哈勃常數值變化較大,因此宇宙年齡測算頗有爭議。

2019年9月德國科學家利用引力透鏡效應測算出的哈勃常數為82.4km/(s.Mpc),如果根據這個數值來推算,宇宙的年齡只有114億歲,這樣就年輕了20多億歲。

而比較早精確測得哈勃常數的是歐洲航天局,該局在2013年3月21日宣稱,根據普朗克衛星測量得到的哈勃常數為67.8±0.77km/(s.Mpc)。

在此之前和之后,還有測得值為70多千米左右的。

哈勃常數是宇宙膨脹的一個速率,數值內容是千米(km)、秒(s)、百萬秒差距(Mpc)。百萬秒差距是一個天文距離單位,1個秒差距約3.26光年,百萬秒差距就是326萬光年。

根據上述幾個測得的數據,哈勃常數的意思,就是在距離我們326萬光年的地方,星系離開我們的速度為每秒67.8~82.4千米。這也是宇宙膨脹計算基數。

哈勃定律表達式為:Vf = Hc x D

式中,Vf為星系遠離速率,單位km/s;Hc為哈勃常數,單位km/(s.Mpc);D為相對地球的距離,單位Mpc(百萬秒差距)。

哈勃定律認為,宇宙膨脹各向同性,速度與距離成正比,越遠速度疊加得就越快。

根據哈勃常數值為67.8~82.4這樣一個范圍,按哈勃定律表達式計算,得出可觀測宇宙半徑465億光年的地方,星系退行離開我們的速度達到光速的3.2~3.9倍,大大超過光速。

根據膨脹速度反推過去宇宙膨脹的時間,就能夠的得出相對的宇宙年齡。

當然宇宙年齡計算還有許多方法綜合驗證,但哈勃常數推算法是科學界最常用并認可的方法。

根據上述的一些說法,我想大家大體上已經了解了宇宙為什麼年齡很小而膨脹的很大吧?

之所有有人認為,宇宙才138億歲,怎麼會膨脹到幾百億光年呢?這個想法一定是出自愛因斯坦對光速藩籬的設定。

所謂光速藩籬,就是光速在真空中運動速度是我們世界最高速度,光速極限,沒有任何物質能夠超越光速,否則這個世界就不是這個樣子。

光速在真空中直線傳播的速度每秒精確值為299792458米,一般取值30萬千米。

我們人的眼睛看到的任何事物都是光傳遞過來的,因此如果有比光速快的物質,就會出現我們還沒有看到,這個東西已經穿越了我們的身體,這個世界會成什麼樣子,大家自己可以想一想。

但愛因斯坦說的不得超過光速,是指有靜質量的物質,一個電子一個質子都有微小的靜質量。

愛因斯坦狹義相對論認為,運動速度越大,物體所需的能量就越大,要使任何物體提高速度,都必須對它做功,使物體的能量增加,當物體趨近光速時,能量趨于無窮大。

無窮大是多大?就是我們宇宙都是有窮的(有限的),如果把一個電子加速到光速,需要動用整個宇宙全部能量,都還達不到,這不是一個悖論嗎?這就是所謂的光速藩籬。

光速限制可用這個公式表達:E = mc^2/sqrt(1 - v^2/c^2)

這個公式表達的是,靜止質量為m的粒子以速度v運動時所需的能量。

從中,我們可以得出,速度越高所需能量越大,當v趨近于光速c時,能量趨于無窮大。

所以在無論多大的加速器里,都不可能把一個最小的粒子加速到光速,這已經經歷了近百年的觀測和實驗檢驗,這個論斷迄今完全正確。

既然光速不能達到,就更別說超光速了。那麼宇宙現在的465億光年半徑是怎麼來的呢?

實際上還是超光速的結果。從現在的哈勃常數來看,宇宙整體上膨脹疊加的速度還是超光速的,而且不是超過一點點,是三倍多光速。

研究認為,在宇宙大爆炸開始10^-35秒的那一刻,經歷了一次暴漲期,這被視為宇宙的第一推動。這個暴漲只持續了10^-33秒,也就是10億億億億分之一秒,卻經歷了100次加倍,也就是2^100加倍。

暴漲后的宇宙比先前的宇宙尺度增大了10^30倍,也就是100萬億億億倍。我找不到暴漲前的宇宙有多大的資料,假定經歷了爆炸后10^35秒的宇宙有1毫米的話,經過暴漲的宇宙就有了1057082452431光年,比現在的可觀測宇宙都大了76倍。

這樣看來,暴漲前的宇宙大概遠遠沒有1個毫米了。

所以宇宙暴漲階段用光速來想象還是太小太小了,是一個遠遠大于光速很多數量級的速度。

那麼宇宙暴漲和膨脹為什麼可以超光速而不受光速藩籬限制呢?

這是因為它們不屬于有靜止質量的物質運行速度,而是宇宙空間本身的膨脹。

空間本身是沒有質量和不傳遞信息,只是承載物質一種張量,所以不受光速藩籬限制。

而且現在的宇宙膨脹,在近距離并不快,在距我們326萬光年的地方,如果膨脹速度(星系退離速度)為每秒80千米,那麼在1光年的地方速度就只有2.5厘米。

也就是說,在近距離看來,宇宙膨脹讓物質分開的速度是很慢很慢的,比螞蟻爬行還慢。

我們現在來用一根理想中的橡皮筋比喻時空,在這個很長的橡皮筋上每1米有一個點,這個點就代表我們的星系。

我們現在來拉這根橡皮筋,最近的點拉開了1米,每個點都相互拉開了1米,距離我們遠方的第10000個點就與原點增加了距離1萬米。但每個點本身都沒有移動,而是隨著膨脹的時空分離了。我們身邊星系分離速度很慢,但到了遠方疊加起來就驚人了。

所以,時空本身在近距離并沒有以超光速拉伸,而是以很慢的速度擴張。但由于宇宙體量太大,遠方的星系離開我們的速度得到疊加,才出現整體超光速現象。

總而言之,宇宙膨脹到現在,可觀測半徑有465億光年,這與宇宙138.2億歲的年齡是不矛盾的。

而且我們人類現在用最好的天文望遠鏡,并且通過引力透鏡效應,看到最遠的星系距離我們131億光年,這是符合光速傳播原理的。

據推測,這個被命名為z8_GND_5296的星系,現在已經距離我們有300多億光年了。

而我們看到的只是這個星系131億年前發出的光,也就是131億年前的樣子,它現在是什麼樣子,存在還是不存在,我們并不知道。

要知道它現在怎樣了,我們人類必須有足夠長的存在時間,還需要再等100多億到200億年后才能夠知道。

我們所說的可觀測宇宙半徑465億光年,同樣是一個測算值,也就是說,宇宙大爆炸開始那個時候的星系,已經膨脹到了465億光年的位置。

我們有可能看到的最遠星系將是138億年距離的星系,也就是那個星系138億年前發出的光電信號。

宇宙除了可觀測宇宙,理論上還存在兩段不可觀測宇宙。

一段是宇宙大爆炸剛開始的38萬年以內,這段時期宇宙超高溫超高壓超高密度,中性原子也沒有合成,整個宇宙就是一鍋濃密的粒子湯,光子無法脫耦,因此是至暗時期。

這種至暗是沒有一絲光亮的暗,人類很可能無法觀測到。這段宇宙叫 過去視界

而在我們可觀測宇宙邊緣地帶,星系退行速度超過光速若干倍,那里的星光信息將永遠也傳遞不到我們這里,因此人類也可能永遠了解不到。這段宇宙叫 未來視界

因此宇宙除了可觀測范圍,還有兩個視界的不可觀測范圍。目前的理論認為可觀測宇宙半徑約465億光年,而宇宙不可觀測范圍有多大,目前的理論還無法知曉。

除了宇宙膨脹本身不受光速藩籬限制以外,這個世界上還有幾個不受光速限制的事物,它們包括蟲洞穿越、時空折疊、量子糾纏等,這些都不屬于有靜質量的物質信息傳遞。說來話長,就不在這里贅述了,有興趣可以看時空通訊過去發表的相關文章。

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