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麻煩來(lái)個(gè)通俗解釋
答案其實(shí)就在題主自己的題注里的這句話： 英文是“Nothing is faster than light” 這里的“Nothing”對(duì)應(yīng)的是“Empty Space” 相對(duì)論中的Nothing can't move through space faster than light 但是你不能阻止space自己膨脹 問(wèn)題要求的是一個(gè)通俗的解釋 那么這么來(lái)看 這是一條非常非常長(zhǎng)的路 即便是在沒(méi)有霧霾的時(shí)候 你也根本無(wú)法看到底 在路的兩邊，每隔1米站著一個(gè)人 接下來(lái)，想象一下路（注意，是路）膨脹了 然后你會(huì)看到兩邊的人都在迅速的遠(yuǎn)離你 然而并不因?yàn)樗麄冏约阂苿?dòng)了 而是他們腳下的路伸長(zhǎng)了 讓我們假設(shè)你是0號(hào)人 你的左邊是-1號(hào)，-2號(hào)····· 你的右邊是1號(hào)，2號(hào)·····： 試著問(wèn)自己：如果1號(hào)人遠(yuǎn)離0號(hào)人也就是你 那么是否意味著1號(hào)人離2號(hào)人越來(lái)越近了呢 不是的，1號(hào)人和2號(hào)人之間的空間也經(jīng)歷了同樣的膨脹！ 而這就說(shuō)明，現(xiàn)在的1號(hào)人離你2米（之前離你1米） 2號(hào)人離你4米（之前離你2米） 同樣的也適用于-1號(hào)人和-2號(hào)人等等 最遠(yuǎn)的7號(hào)人離你有14米之多（之前離你7米） 2號(hào)人：4-2=2米 7號(hào)人：14-7=7米 也就是說(shuō) 離你越遠(yuǎn)的人，他們跟你距離的增益越大 為方便理解，可以簡(jiǎn)單記為空間膨脹的速率越大 現(xiàn)在你正在這樣的奇怪的路上開(kāi)著車(chē) 你明確的知道自己的目的地在哪 可是隨著旅程的進(jìn)行，你突然發(fā)現(xiàn) 臥槽，怎么開(kāi)不完了，路越來(lái)越多 圖片來(lái)自car on the acceleration road 而且更為可怕的是 之前還在你前面的車(chē)子，突然無(wú)法看見(jiàn)了 無(wú)論你以多大的速度去追趕，你都看不到了 因?yàn)槟丬?chē)下的路在不斷膨脹 因?yàn)?strong>宇宙的空間無(wú)處不在的膨脹 在138億年前發(fā)射出光線的物質(zhì)早已遠(yuǎn)離我們而去 （注意我們上面車(chē)子的類(lèi)比） 實(shí)在是遠(yuǎn)的不能再遠(yuǎn)了（遠(yuǎn)大于460億光年） 圖片來(lái)自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 但是 由于我們之間的空間也在不斷膨脹（注意上面0號(hào)小人的類(lèi)比） 當(dāng)我們之間的空間膨脹到可以看到138億年前物體發(fā)射出的光時(shí) 圖片來(lái)自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 這時(shí) 以我們?yōu)橹行牡揭晕覀兡芸吹降淖钸h(yuǎn)的物質(zhì)的距離為半徑 做一個(gè)球體 圖片來(lái)自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 叫做particle horizon（粒子視界） 或者叫做可視化宇宙，可觀測(cè)宇宙 而這個(gè)半徑就是460億光年，直徑是930億光年 圖片來(lái)自https://www./watch?v=XBr4GkRnY04 可觀測(cè)宇宙是一個(gè)以觀測(cè)者作為中心的球體空間 小得足以讓觀測(cè)者觀測(cè)到該范圍內(nèi)的物體 也就是說(shuō)物體發(fā)出的光有足夠時(shí)間到達(dá)觀測(cè)者 截至2013年對(duì)宇宙年齡最精確的估計(jì)是137.98±0.37 億年 但由于宇宙的膨脹，可觀測(cè)宇宙的半徑并不是固定的138億光年 人類(lèi)所觀測(cè)的古老天體當(dāng)前的距離比起其原先的位置要遙遠(yuǎn)得多 （以固有距離來(lái)衡量，固有距離在現(xiàn)在的時(shí)點(diǎn)和同移距離是相等的） 現(xiàn)在推測(cè)可觀測(cè)宇宙半徑約為460億光年，直徑約為930億光年 根據(jù)宇宙學(xué)原理 從任何方向到可觀測(cè)宇宙邊緣的距離大致是相等的
首先因?yàn)槲沂歉汶姵氐?span>（WTF，這是什么專業(yè)？） 當(dāng)然更重要的是沒(méi)有講哈勃定律 沒(méi)有這個(gè)大牛，宇宙膨脹的故事遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠 宇宙的空間是不斷膨脹的 2013年3月21日，從普朗克衛(wèi)星觀測(cè)獲得的數(shù)據(jù) 哈伯常數(shù)為67.80 ± 0.77 千米每秒每百萬(wàn)秒差距 （67.80 ± 0.77 km/s/Mpc） 我們知道 3.26 light-years（ly，光年）=1 parsec （pc，秒差）=3.085×10^(16) m 這只是距離326萬(wàn)光年的 那么我們可以看看距離觀察者138億光年的星系遠(yuǎn)離速率有多大 已經(jīng)比較接近光速 那么距離觀察者200億光年的星系的遠(yuǎn)離速率
已經(jīng)超過(guò)光速了 那么距離觀察者460億光年的星系呢
妥妥的超了光速 一個(gè)光子被物體發(fā)射出后 在一個(gè)膨脹的宇宙中 它和發(fā)射它的物體之間的遠(yuǎn)離速度可以表示為
上式中 c是光速，H是Hubble Parameter（哈勃參數(shù)） x(t)是光子和發(fā)射它物體之間的距離
初始條件是x(0)=0，所以有
前面算過(guò)了 1Mpc（百萬(wàn)秒差）=3.26×10^(6) ly=3.085×10^(19) km 把哈勃參數(shù)的單位換成[1/s] 那么
好了，我們知道了哈勃參數(shù)的數(shù)值 知道宇宙的粗略年齡138億年 把已知條件代入x(t)的表達(dá)式中 可以得到
也就是231億光年 但是這個(gè)數(shù)值比上面說(shuō)到的可視化宇宙的半徑460億光年小得太多了 肯定不對(duì)，哪里錯(cuò)了呢 因?yàn)?strong>宇宙早期的膨脹速率要大得多 反推回去
根據(jù)
估算出H
這就說(shuō)明 有效哈勃參數(shù)（假設(shè)空間膨脹的速率跟大爆炸時(shí)候的一樣）的數(shù)值是 之前算出來(lái)的兩倍還多 把這個(gè)哈勃參數(shù)代回到x(t)的表達(dá)式中
再把這兩個(gè)式子（前一個(gè)有空間膨脹，后一個(gè)沒(méi)有）單位歸一化后作圖 再清楚不過(guò)了
根據(jù)哈勃表達(dá)式 當(dāng)時(shí)間為138億年時(shí)，對(duì)應(yīng)的可視化半徑為460億光年 修正成功 當(dāng)然了，真正的計(jì)算要比我這個(gè)復(fù)雜的多 |
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來(lái)自： xirsh > 《科學(xué)科普》
