咋看起来,宇宙直径和年龄有些矛盾。但是了解宇宙膨胀理论就会发现,就会发现世间万物都在膨胀,光也不例外。
先跟大家聊一下宇宙年龄和大小分别是怎么测得的。
目前学界有三种较为普遍的测量宇宙年龄的方法:1.寻找宇宙中古老的星体并解读他们的年龄;2.放射性纪年法(测定放射性元素随时间变化的产率);3.寻找大爆炸的踪迹,比如星系推行速度,微波背景辐射等等。总的来说,各方法的测量的年龄有所不同,但差别不大,基本在138亿年左右。所以,学界基本也对宇宙年龄达成了共识。
首先要明确一件事情,因为宇宙是有开端的,光速也是有限的,所以自宇宙诞生后,光只能跑一段有限的距离,这决定了我们能看到的宇宙也是有限的,在此之外我们无法观测,也不可能通过某种方式影响我们。因此,某种意义上我们的宇宙就是我们观测的宇宙。
学界初始认为宇宙并非静止不动而是不断膨胀。就像一架从北京起飞的飞机,它与北京的距离是在不断变化的,遥远星系与地球间的距离也是这样。自从哈勃望远镜发现了星系远离我们的速度和它们到我们的距离成正比之后,宇宙整体在膨胀的这种说法已经得到了越来越多的认可。至于膨胀原因,目前一般归结于宇宙中存在着一种被称为暗能量的物质组分。
再来谈一下两个距离——固有距离和光行距离。固有距离就是我们平时所理解的距离,也是真实的物体距离。设想A、B两个点,从A点发射一束光到B点,测量所花费的时间,乘上光速就是A和B之间的距离了。要注意,今天的固有距离和几十亿前的固有距离是不一样的。光行距离定义为光速*时间。所以,固有距离>光行距离。并且两者的差值跟红移有关。
红移是由于宇宙膨胀拉长了光的波长产生的,即星系发光的光谱向波长较长的一边偏移.因为可见光中红光的波长最长,所以波长变长的这种现象被称为红移。就像火车的汽笛声一样,当迎面而来的时续,声音会越来越尖利; 而离开我们的时候,由于波长被拉长,使得正常的声音变成波长更长的低音,汽笛声听起来会越来越低沉。
用宇宙的年龄138亿年乘以光速就是上文提到的光行距离。再根据天体的光谱算出天体的红移。将这个红移带入一个宇宙学模型就可以计算出天体的固有距离了。
所以,宇宙年龄138亿光年得到是光行距离。而宇宙半径的450亿光年是固有距离。两者的差值是由于宇宙膨胀导致的。
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