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宇宙仍在持續膨脹?多普勒效應可以為證? - 天文探索外星ufo

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宇宙仍在持續膨脹?多普勒效應可以為證?

頭條資訊發表於 2019-10-29 04:58:13
宇宙到底有多大?

突然被問到這問題,想必一下子很難回答清楚吧。

宇宙似乎不像普通的事物一樣有個大小的限度,而是一直處于膨脹之中。這就是所謂的宇宙宇宙膨脹說。但是,宇宙真的在膨脹嗎?有什麼證據嗎?我們來把它和愛因斯坦的相對論放在一起來解釋。

宇宙仍在持續膨脹?多普勒效應可以為證?


宇宙誕生以來已137億年!解明進化之史!

據說宇宙誕生至今已過了137億年。一下子說137億年讓人很難想象,不如想想這個,太陽誕生于46億年前,地球也基本在同時期誕生。

也就是說宇宙的年齡是地球的三倍以上。有名的大爆炸宇宙論說的是在137億年前宇宙在一場巨大的“爆炸”中誕生,這一理論中所提出的宇宙對比現實的宇宙,二者有一致的地方。

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大爆炸宇宙論和宇宙的進化過程

宇宙的開端,大爆炸的伊始,所有能量都被壓縮在數毫米大小中,宇宙仍處于火球狀態。十萬分之一秒後,宇宙在膨脹的同時溫度逐漸下降,電子、正電子、夸克、光子等基本粒子開始產生。三分鐘後,基本粒子互相結合,原子核形成。30萬年後,宇宙溫度進一步下降,原子開始形成,自由電子數量減少,光可以從宇宙中透出,宇宙開始變亮。10億年後,物質因引力作用聚集在一起,開始形成原星系和星系團。現在(137億年後)宇宙仍在持續膨脹,也仍有新的星星在形成。

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大爆炸理論的問題在于宇宙的所有質量均從這一個奇點而來,這個密度無限大的點究竟是什麼?它是怎麼來的?在大爆炸前發生了什麼?這些問題現在仍是未解之謎。

宇宙膨脹說的開端是廣義相對論

愛因斯坦于1917年開始著手研究宇宙,憑他計算出的宇宙方程式,他意外得出了宇宙會因自重最終坍縮的結論。

愛因斯坦猜想,既然這樣無法得出靜態宇宙的結論,那麼應該有一種與引力相互抵抗的“萬有斥力”來使宇宙保持靜態。

(順便一提,在現代宇宙論中,這種萬有斥力對應的是暗能量。)

同一年,荷蘭天文學家威廉德西特(Willem de Sitter)從另一個視角真空進行研究。他得出的驚人結論是,宇宙是因自身攜帶的物質而持續膨脹的。

這和愛因斯坦最開始得出的結論是完全相反的。但哈勃望遠鏡在1929年的觀測結果為宇宙膨脹說提供了證據。

哈勃望遠鏡被用于分析從星系深處射出的光線的光譜。它以造父變星為基準測定了20個星系,發現各星系光譜中存在紅移,其距離為等比增長。

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紅移和多普勒效應有何關系?

紅移,指的是光源在遠離觀測者時,其波長變長,波譜向紅光移動的現象。觀測時星系呈紅色,也就是說它在發出紅色的光。

與之相反,觀測在逐漸靠近的星系是會觀察到它顯藍色。

這一現象與能在生活中觀測到的多普勒效應有共同點。

多普勒效應在日常生活中被運用在警車、救護車上。距離離得較近時警報聲听起來聲音音調較高,距離拉遠時听起來音調較低。

這是因為距聲源較近時聲音的波長較短,逐漸遠離時波長變長,光的波長也是如此。

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圖解︰河︰此處指星系,左側黑字︰從距離較近的星系接收到的波長較短,右側黑字︰從距離較遠的星系接收到的波長較長

此外,哈勃發現,星系在光譜上的紅移和它的距離成正比。這說明,已處在遠處的星系正在加速遠離我們。

這條有關星系的移動速度和距離間的關系後來被命名為哈勃定律,宇宙膨脹說也擁有了一個強力證據。

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宇宙的未來會是怎樣?

上述內容主要是給大家說明了宇宙是在持續膨脹的,那麼有人不禁要問了,宇宙會一直這麼持續膨脹下去嗎?還是說早晚會開始收縮?

宇宙膨脹的條件是大爆炸時所產生的張力,大于物質質量所產生的引力(重力)。

換言之,張力大時宇宙會永遠保持膨脹,反之引力較大時宇宙終究會迎來收縮的一天。

這兩種力勢均力敵時會互相抵消,即使宇宙仍在持續膨脹,最終還是會迎來速度逐漸降為零的一天,成為平衡宇宙。

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圖解︰圖標題︰3種宇宙模型的大小與時間的關系,橫軸︰時間,縱軸︰宇宙的大小,三條曲線從上至下︰開放宇宙、平衡宇宙、閉合宇宙

關于宇宙的未來,過去的大部分學者都支持重力最終將佔優勢,膨脹速度會下降,宇宙迎來收縮。

但在1998年,某宇宙膨脹速度研究小組發現宇宙是自誕生後70億年才開始加速膨脹的,並把它作為了新的宇宙未來模型。這一張力的原動力被稱為暗能量。有一說法稱︰如果暗能量持續加速增加至無限大時,宇宙中的基本粒子也會因擴張而碎裂。

宇宙仍在持續膨脹?多普勒效應可以為證?


像這樣關于宇宙膨脹及其範圍的理論有很多種,而靠現在的科學技術是無法知道宇宙會膨脹到何處的。

由此一來查明暗能量究竟是何物就顯得尤為重要了。不過話說回來我們連它是否真的存在都不清楚,也許從此就踏入神之領域也說不定呢。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. hideo002-梓現

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