白癜风怎么控制 http://pf.39.net/bdfyy/bdfjc/180607/6311310.html
这是一个比较有意思的问题,它将太阳与地球之间的距离、可观测宇宙的范围之间,通过不同的运动形式进行空间转换的对比。虽然太阳与地球的距离,以人类视角来看已经非常遥远,连太阳光线都需要8分多种才能到达,但是与更为宏观尺度上的可观测宇宙相比,这点距离简直微不足道,而飞行器的速度相较于蚂蚁的速度也会有好多个数量级的差别,这似乎让这两种方式之间的比较具有一定的可类比性,下面不妨简单分析一下。当然,这只是理论上的分析和探讨,而实际上蚂蚁怎么样也不可能爬到太阳,人类的飞行器也到达不了可观测宇宙的边界。
大家都知道,我们现在所处的宇宙是在亿前来源于那场惊天动地的奇点大爆炸,而这也是目前科学界关于宇宙发展演化的主流观点,不过在多年以前,人们普遍认为宇宙是处于“静态”的,即宇宙没有边际,星系之间的相互距离基本保护不变,星际物质在宇宙中的分布是处于均匀各向同性的,爱因斯坦为了维持宇宙是静态的这个结论,还刻意在广义相对论的引力场方程中加入了宇宙常数,用于修正万有引力对星体之间相互作用的影响。
然而,随着哈勃通过长期观测发现的系外星体多普勒红移现象,让包括爱因斯坦在内的世人意识到宇宙正在膨胀的事实。科学家们随后根据哈勃定律,即星系的退行速度与观测者之间的距离正相关,这个比例被称为哈勃常数,年时欧洲航天局通过普朗克卫星测得该常数的值大约为68(km/s)/Mpc,也就是在距离地球万光年的区域,目标星系远离地球的速度约为68公里每秒。在此基础上,科学家结合Λ-冷暗物质模型,反推出宇宙的年龄为.8-.2亿年之间。
那么,可观测宇宙的半径是怎么得来的呢?首先,根据上述计算得出的宇宙年龄以及不断修正的哈勃常数,我们可以推导出从奇点大爆炸光线发出去以后,能够恰好到达地球观测点的那部分光线,其所经历的时间为亿年,也就是宇宙微波背景辐射所走过的路径是亿光年,而实质上如果不考虑空间膨胀的因素,那么这部分光线实际上所走的距离才为万光年,因为光在行进,空间也在膨胀,相当于拉长了光所行进的距离。
通过对比可以发现,亿光年与可观测宇宙的半径亿光年还差了4亿光年。刚才提到了,这亿光年是我们通过宇宙微波背景辐射看到的宇宙第一缕“阳光”,但是这缕阳光并非是奇点大爆炸的瞬间并发射出来的,因为在奇点大爆炸刚发生时一直到38万年之间,整个宇宙虽然处于膨胀状态,但是宇宙空间里还是充斥着温度极其高的光子、电子、质子等微观粒子组成的等离子态物质,而光子在这种环境下极易与其中的自由电子和质子发生相互作用,可以说光子始终无法摆脱其它微观粒子的干扰而释放出来,对光子来说,整个宇宙还是处于“混沌”的不透明状态。
这种状态直到38万年之后温度的持续下降,形成了原子核之后才加以改变,光线才从其中逃离出来。而根据宇宙膨胀的速率推测,这38万年所对应的空间“拉长”效应,使光线通过4亿年才走完,因此加上前面的亿年,可观测宇宙的半径被确定为亿光年。从某种意义上来说,我们能够通过光线所探知的宇宙空间范围,要比奇点大爆炸到现在实际所经历的时间,少了38万年。不过,随着科学家们探测到了引力波的存在,由于引力波在原始宇宙的形成早期,不会受到高温微观粒子的影响,可以直接穿透,因此科学家们通过对可观测宇宙“边界”处的引力波信息,从而修正了由光线带来的这38万年时间差的影响。
说了这么多,就是想向大家解释一下可观测宇宙的范围到底有多大,以及这个距离的数值是怎么计算得来的。而通过这个距离与飞行器之间的速度相比,就可以得出理论上需要的时间,这里就不考虑空间膨胀的因素了,因为这个可观测宇宙的范围是固定的,空间即使再膨胀,其所在区域的星体会离地球越来越远,但这个可观测的范围是不变的,永远是半径亿光年。
我们假定飞行器的速度与目前为止飞得最远的旅行者1号为参照,速度为17公里每秒,那么到达亿光年之外所需的时间大约为万亿年之久。
同时,我们设定太阳与地球的距离为平均值1个天文单位-1.5亿公里,而蚂蚁的速度我们假定为0.01米每秒,那么蚂蚁从地球爬到太阳所需的时间为47.5万年。显而易见,即使运动速度非常小的蚂蚁,爬到太阳所需要的时间,仍然要远远小于飞行器到达可观测宇宙“边界”所花费的时间,两者的时间上完全不处在一个数量级上。