宇宙膨胀为何如此之快?科学家:测量宇宙年龄的对象或误导了我们

原标题:宇宙膨胀为何如此之快?科学家:测量宇宙年龄的对象或误导了我们

我们生活在一个有 138 亿年历史的宇宙中。科学家们认为,在宇宙第一次形成的那一刻,即大爆炸发生了一些违背物理定律的事件。例如,我们现在知道的宇宙中最快的速度是光速(每秒 30万公里)。然而,大爆炸的速度被认为比光速还快,这仍然是一个谜,因为我们永远无法看到大爆炸的瞬间。

即使我们有一个望远镜可以看到宇宙的起源,大爆炸的那一刻也是如此炙手可热——存在太多的氢。氢对恒星来说是必不可少的,每颗恒星都燃烧氢,产生氦。无论如何,这种高水平的氢意味着宇宙开始时的增长速度与恒星产生的速度平行。换句话说,被认为是暗物质来源的“空白空间”区域几乎不存在。在这里,虽然暗物质稀少,但宇宙却在膨胀。因此随着膨胀变大,较重的元素也在增加,一个越来越重和越来越冷的宇宙也不得不放慢速度。

不过有科学家认为,我们用来测量宇宙年龄的类星体、超新星和宇宙微波背景辐射(CMB)可能误导了我们。

类星体!

热衷于解决宇宙中一些最基本谜团的天文学家将目光投向了一个新目标:类星体,一种围绕巨大黑洞猛烈旋转的物质风暴,并以其耀眼的光芒穿透宇宙。类星体形成于宇宙的最早时期,最近的距离我们 30 亿光年,而最远和最亮的距离我们 330 亿光年。

根据类星体的研究,当宇宙存在 10 亿年时,它的膨胀速度加快了。类星体和恒星形成率最高的年份到现在都正常。现在增长将继续缓慢,因为数学和物理定律需要它。

然而,观测表明,在过去的 60 亿年中,宇宙的增长速度甚至更快。正如你所看到的,迄今为止,早期宇宙中类星体数量的减少是相当突然的。虽然宇宙的膨胀速度与恒星形成的速度平行,但我们正在进入一个与恒星形成减少成反比的周期。

超新星呢?

1920 年代,埃德温·哈勃第一次看到他之前观察到的恒星正在慢慢变红,这意味着星星越来越远。基于此,科学家们确定了星系的真实距离和星系的红移。因此,利用超新星爆炸留下的光,他们计算出自从光离开超新星后宇宙膨胀了多少。近几十年来,测量远距离的黄金标准一直是一种恒星爆炸:1a 型超新星。这些超新星通常以相同的亮度引爆,因此天文学家知道,更明亮的必须离得更近,而更暗的必须离得更远。这些所谓的“标准蜡烛”揭示了宇宙的膨胀速度越来越快,暗示着一种神秘的“暗能量”正在驱使星系分开。

但随着天文学家使用目前的望远镜,研究人员无法看到超过 9 到 100 亿年前的 1a 型超新星(因为光需要数十亿年才能到达地球,所以向外看太空也意味着回顾过去)没有任何可见的超新星,宇宙学家——研究人员专门研究整个宇宙演化的人——对于宇宙最初 40 亿年发生的事情基本上一无所知。

宇宙微波背景 (CMB)——多普勒效应!

CMB 是大爆炸后约 40 万年的辐射遗迹。由于婴儿宇宙中没有星系和类星体,我们无法测量光的红移。但大爆炸向太空发射的这种光创造了我们称之为 CMB 的热图。图片中看到的红色和蓝色斑点是等离子气泡,这些气泡形成了今天的超级星系。由于热量如此强烈,以至于爆炸产生了声波,从而出现多普勒效应。这些声波使光发生偏振,这些来自声波的残骸告诉我们,宇宙在 10 亿年前就在加速。

但正如我们所知,它被定义为:“随着声源和观察者相互靠近(或远离),声音、光或其他波的频率增加(或减少)。这种效应会导致经过的警报器音调的突然变化以及红移,天文学家可以看到。”不过另请注意,红移也用于测量空间的扩展,但这并不是真正的多普勒效应。相反,由于空间膨胀而引起的红移被称为“宇宙学红移”。因此,多普勒效应并不能证明宇宙正在膨胀。

结论:

宇宙膨胀由一个称为哈勃常数的值表示。迄今为止,对这一常数的最准确测量是每 100 万光年每秒 20 公里。

正如我们所提到的,大爆炸的速度非常快。爱因斯坦的狭义相对论指出,宇宙中没有任何事物的传播速度可以超过光速。这是可以观察到的。然而,大爆炸时刻是不可观测的。有如此强烈的热量,这个温度就像一个钝棱镜,阻止我们拍摄那一刻。换言之,宇宙大爆炸的速度是否快于光速仍是一个有争议的问题。

如果宇宙仅在大爆炸的推动下膨胀,那么在其 138 亿年的生命周期中,膨胀速度将不得不减慢。据估计,当宇宙存在 70 亿年时,我们称之为真空的区域的主导地位增加了。由于这导致暗物质/能量变得更强,宇宙开始出乎意料地迅速膨胀。暗物质/能量现在覆盖了宇宙的每个部分以及空旷的空间。如果宇宙继续以这种速度膨胀,它要么会自我毁灭,要么会出现其他我们不知道的事情。

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