空间的膨胀,影响了什么,又意味着什么?

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物理学家:很久以前埃德温·哈勃(也是一著名望远镜的名字)注意到一个星系越远,它就越快远离我们。通过这它指出宇宙正在膨胀,但是通过一个非常特殊,奇异的方法。与仅仅是飞离的物质(像爆炸中的碎片)不同,物质之间的空间实际上是自己增加的。

以下是有一些关于两者区别的详述。

你会认为,随着空间本身的膨胀,其它的一切都会膨胀。毕竟,空间的膨胀可以粗略地类比为拉扯橡胶片。当你拉扯这张纸片时,画在它上面的任何东西都会同样的拉伸。

但实际上,尽管所有物质之间和内部的空间都增加了,但是物质本身没有。或者说至少,比起被拉伸,它们在快速远离彼此。原子的大小,它们之间的化学键以及所有由它们组成的物质是被物理法则和物理常数决定的。举个例子,电子轨道的大小由波尔半径来衡量,即正好符合物理常数的a0。而a0 = /frac4/pi/epsilon0/hbar2mee2,其中/underline/pi,/underline/epsilon0,/underline/hbar,/underlineme和/underline全部都是常数,并且被不可改变地刻进了宇宙的结构中,而且它们与周围的空间如何无关。

所以周围的所有物质,至少固体,是在它“应该在”的大小上。像星星,气体云和诸如此类蓬松的物质都具有特定的固定尺寸。随着空间的膨胀,空间中的恒星也会随之膨胀。尽管如此,随着密度下降导致的融合率的下降,核心冷却了一些且恒星可以自由坍缩至它最优先的平衡大小。同样的情况也适用于化学键:任何给出分子中的原子会和彼此间有一定的距离,并且尽管空间的膨胀也许会将它们稍微分开,但是它们完全可以恢复至原来它们的距离。

值得注意的是,这不是那种任何人都需要担心/包括任何计算内/公开讨论的事。现在宇宙正以大约72(km /s)/Mpc(千米每秒每兆秒差距)速率膨胀。这个速率被命名为“哈勃常数”,这是个奇怪的名字,毕竟想到宇宙的整个历史就不是恒定的,而不像其他物理常数一样是恒定的。这个膨胀速率意味着尺寸每年增长0.0000000074%的距离。从宇宙的尺寸(450亿光年左右)来看,这个膨胀速率是相当重要的。从银河系的尺寸(100,000光年)来看,这个膨胀速率并不能决定什么。比起宇宙“拉伸你”,你的头发生长速率比它快十亿倍而且你的原子甚至不会自主的为头发生长做平衡。

话虽如此,哈勃常数并不是看起来那样恒定的。事实上,它在增长。所以,在未来膨胀在小范围内会是值得注意的。某一时刻,在无法预料的遥远未来,空间的膨胀也许足够快以至于可以克服使物质恢复平衡的力。一旦恒星的引力被克服,它就会分裂并分散各处。这个不幸的时间点被称为“大裂口”,与“创世大爆炸”相并列。大裂口会在何时以及是否会发生至今没有定论,但如果真的发生了,将会有很长的一段路要走。

相关知识

宇宙加速膨胀是宇宙的膨胀速度越来越快的现象。以天文学术语来说,就是宇宙标度因子 {\displaystyle a(t)}a(t) 的二次导数是正值,这意味着星系远离地球的速度,随着时间演进,应该会持续地增快。这速度是哈勃定律里所提到的退行速度。于1998年观测Ia超新星得到的数据,提示宇宙的膨胀速度正在加快。物理学者索尔·珀尔马特、布莱恩·施密特与亚当·里斯“透过观测遥远超新星而发现了宇宙加速膨胀”,因此,共同荣获2006年邵逸夫天文学奖与2011年诺贝尔物理学奖。

作者:Physicist

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