作业帮 > 物理 > 作业

宇宙学红移和宇宙膨胀的迷惑

来源:学生作业帮 编辑:搜搜考试网作业帮 分类:物理作业 时间:2024/05/13 03:10:44
宇宙学红移和宇宙膨胀的迷惑
有人说,宇宙因为膨胀的原因,使实际的大小比观测的要大,成3.5倍.
就是说我们观测到的最远的天体130亿光年,实际的距离已经到达455亿光年处.
体现为宇宙的膨胀速度的确是比光速快.
那是不是要质疑一下,究竟那簇观测到的光谱,它是如何来到我们地球的?
它经历的宇宙空间同样是在膨胀的,它经历的路程在137亿年的时间里,也在迅速拉长,按道理是永远也不应该来到地球.
但是,我们偏偏检测到了红移量这么大的天体光谱,这不是自相矛盾吗?
你们说的都不对,等待更好的回答
====
我的理解是,宇宙就象是无数个泡泡挤在一起,每个泡泡的膨胀速度都是72的话,积累到远隔130亿光年那里,总的膨胀速度就不是72了。这就是为什么越远红移越多的原因。所以我认为宇宙极远处膨胀速度大于光速,是应该的。
所以,会不会这个最远的观测到的天体,已经是折算过实际距离的天体?我们能观测到的尽头,不能超越膨胀速度大于光速的位置?在这往外,就必定无法观测呢?
========
看来同日认同我的理解。我也明白了。不过这里还是发现一些细节:
使用数学方法计算膨胀的距离,代入72千米/秒/百万秒距,得出135.8亿光年的距离处,天体速度开始大于光速。
这个会不会就是目前的可观测极限?当然,这个膨胀速度是现在的,据说以前膨胀比现在慢,可能界限能大点,但是数量级大概就是这么多了。哪怕以前的膨胀速度是1千米/秒/百万秒距,也就是增大72倍而已。
继续推下去,可以得出137亿年宇宙膨胀了多少。公式是d=c(1+v)t,是微积分,大概跟时间的平方成正比,当这个时间是137亿的话,那宇宙到现在那是膨胀得不得了了。
宇宙学红移和宇宙膨胀的迷惑
好吧,这个问题我很感兴趣,事实的确如你所述.但是我不得不说你的理解在逻辑上有些问题
首先,你用的那个72什么的应该是哈伯常数,单位等价于秒分之一
1.宇宙年龄是利用哈波长数推出来的,也就说,如果我们假设哈波长数是定值,那么它的倒数就是宇宙年龄(显然),所以人们花了很大力气来估算这个常数,最后得出宇宙是150-180亿光年,所以经过150-180亿年的膨胀,你当然会得到最初的两点的相对速度是光速.(你得到的135.8亿光年应该是因为人们根据各种观察数据来修正的哈波长数,你可以理解为约等于150-180)
这里因果倒置了
2.你所说的膨胀越来越快是因为近年来科学家们发现哈波长数不是常数,而是随着时间变得越来越大了,而且按照大爆炸理论,在宇宙的开始有一段时间宇宙膨胀速度要高得多(也就说哈波长数并不是简单的沿时间逐渐变大,所谓的第二类视界也是高速膨胀的时候产生的,人们猜想膨胀可以超越光速,以至于部分信息丢失了),所谓的哈波长数,是根据当前物质密度与能量密度决定的.
3.关于速度的推论这里有个问题,d=c(1+v)t是没有考虑到相对论效应的情况下的多普勒公式(你是直接两边乘时间了吧?这里应该用那个矩阵变换算距离),如果考虑到相对论效应,光速c将是绝对速度,不可被超越,你会得到类似于开方下(c+v)/(c-v)的东西,然后当v接近与c的时候你会发现d=正无穷
另外,你是直接把哈波长数乘上距离了吧,首先,哈波长数并不是定值,而且没有人能够保证在非常大的距离,这个常数还是常数.
!哈波长数只是我们周围空间当前膨胀的平均速度!
3.5.关于距离测量:
首先利用统计学方法测量近距离星体的红移与距离关系(近距离星体的距离测量是利用岁差或者地球-月球上的观测仪器加三角函数法),然后利用这个比例估算出哈波长数,然后利用哈波长数估算那些距离不可测量的星体
(一般我们应用哈波长数和氢光谱红移来计算中进距离的星云距离,远距离的话要用别的方法,比如说candle effect,这个方法的中文我没有查到,你用wikipedia可以查到这个method的原理和应用方法,学了好久了,没有太大印象了)
还有一个是引力透镜效应来估算超远距离,太复杂了,一时间介绍不清楚~反正也不是重点
4.最后一点,关于4维时空,从相对论里面我们可以得知,空间不在是笛卡尔坐标系,时间也不是一根光滑匀速的数轴,时间和空间是相互联系影响的(有一个比较新颖的解释是,哈波长数的存在不是宇宙在膨胀的表现,而是时间在变慢).但有一点你是正确的,远隔130亿光年处的光是经历了130亿年才进入你的视野的,也就说现在那些物质已经不再那了,不过这里又用了绝对距离这个不存在的东西,会有问题的,也就是说,我们甚至不能保证130亿年前那些物质在那里~!
举一个极端的例子,如果哈波长数是0.99c每光年,那么1光年外的光不是需要经历1年才能到我们眼里,也不是100年,具体多少需要一个稍微复杂的积分~这个是显然的,因为光在移动的过程中空间也在膨胀,导致距离变大了,我的估算结果(不保证对,很多地方我用近似回避了矩阵运算)是在10年左右,所以在观察者看来,那个物体在10光年外
另外,那个泡泡模型我可以跟你保证是正确的,而且非常有用,你可以利用这个模型进行一些有意思的计算,经常结果超乎你的想象哦~~~~~(所谓正确,只是当前主流观点猜想假说)
天文并不是我主修~但很开心能和你讨论有关宇宙的本质问题~呵呵~貌似有些地方太专业了,希望不要影响意思的表达