[转帖] 【科技】宇宙扩张速度比以前认为的快[1p]

2016-06-03 16:01:46     稿源：solidot











天文学家通过哈勃望远镜获得了宇宙扩张速度的最精确测量值，最新结果与根据其它数据做出的预测不一致，与我们对宇宙学的理解存在偏差。宇宙的扩张速度比以前认为的快9%。




这个结果意味着要么宇宙微波背景辐射的测量值是错误的，要么某种未知的物理学现象在加速空间的扩张。研究报告（预印本）发表在最新一期的《Astrophysical Journal》期刊上。论文合作者、加州伯克利的Alex Filippenko教授说，“也许宇宙在戏弄我们，也许我们对宇宙的理解并不完整。”欧洲航天局的普朗克天文台几年前根据宇宙微波背景辐射波动和粒子物理标准模型得出了一个数据：宇宙当前的膨胀率为每秒每百万秒差距66.53（±0.62)公里（1百万秒差距等于326万光年）。哈勃天文望远镜对19个星系中约2400颗造父变星直接测量得出的膨胀率数据是每秒每百万秒差距73.24 (±1.74) 公里。




[责任编辑：KungfuDogg]

延伸阅读：


黑洞不一定是三维的或为二维全息图 宇宙全息假说不谋而合


2016年06月02日 08:46新浪科技微博

　　新浪科技讯 北京时间6月2日消息，黑洞可以说是宇宙中最神秘的天体了，因为它们的引力强大到连光都无法逃脱。但一项最新研究显示，黑洞也许只是一个二维全息图而已。理论物理学家研究出了一种对黑洞事件边界之外的混乱状态进行估算的新方法，进而提出了上述观点。

　　他们的计算显示，虽然这些强大的天体看似有三个维度，但它们事实上也许只是一个二维的投射图像。他们的研究结果与“宇宙全息假说”理论不谋而合。该理论认为宇宙也许是一个二维的平面，只是我们看不到而已。所有落入黑洞中的物体都会被完全包含在这个平面中。研究人员认为，他们的研究可以帮助科学家以全新的视角研究黑洞中的引力状态。



　　慕尼黑普朗克理论物理研究所的一名物理学家达妮埃尔·普兰泽蒂（Daniele Pranzetti）表示：“与此前的研究工作相比，我们这次使用的模型更加完整，内容更加丰富，得到的结果也更具有现实意义。让我们解决了之前计算中出现的一些模糊不清的问题。”

　　为了更好地开展计算工作，研究人员利用了一种名叫量子引力的现象来分析黑洞中的熵（即混乱程度）。此前由史蒂芬·霍金（Stephen Hawking）等科学家开展的研究工作显示，黑洞的熵与其面积成正比，和体积无关。

　　量子引力理论假定时空的结构由量子构成，在量子这么小的尺度上研究引力产生的效应。研究人员开展了一系列计算，对凝聚态的量子具有的引力效应进行了研究。这可以为科学家提供一种新的建模方法，根据黑洞产生的引力效应来分析黑洞的内部情况。

　　普兰泽蒂博士还补充说，他们的研究结果与宇宙全息假说相一致。这意味着，理解黑洞结构所需的全部信息实际上全都包含在了一个二维平面中，物理学家只需要弄清怎么翻译这些信息就行了。(叶子)

[ 本帖最后由 druid169 于 2016-6-4 11:06 编辑 ]

宇宙扩张的速度这个应该是固定的，光速一年跑多远，宇宙扩张就有多大，应该就是这个速度。

2楼对时空扩张的理解不够。

转载：推荐科普文章：http://www.cqvip.com/QK/97378A/200912/32259119.html
自认为这里说的已经很全面了。

摘录部分如下：

一些我们熟悉的东西— —譬如扭伤的脚踝、罗马帝
国或是一个炸弹．它们通过向周围的空间膨胀而变大。
脚踝、帝国、炸弹是有中心或边缘的 在边缘之外又有
空间可供膨胀。但是宇宙似乎并没有边缘、中心或是外
部，那么它又如何膨胀呢?
一个很好的类比是设想你是一只蚂蚁．生话在膨胀
的气球表面。你的世界是两维的，你所知道的方向只有
前后左右而对“上 和 下”一无所知。有一天你意
识到去喂养蚁宝宝要比平时走更长时间的路：第一天5
分钟，第二天6分钟．第三天7分…… 而去其他熟悉的
地方所花的时间也在增加。你确信自己走得并不比平时
更慢，而且蚁宝宝们是在成群结队地四处漫游 并没有
整体远离你。
这一点很重要：即使蚁宝宝们没有走开，你们之间
的距离也会变大。他们仅仅是站在那里，相对于气球表
面静止，你到它们的距离以及它们相互之间的距离也仍
然在增加。注意到这些事实之后你就会得出结论：脚下
的地而正在膨胀 这很奇怪，因为你已经走遍了所在的
世界．却找不到一个边缘或是一个外部以供膨胀，
宇宙的膨胀很像气球的 膨胀。我们与遥远星系间的
距离正在增加．天文学家一股会说远处星系正在向我们
“退行”或“远离 ，但是这些星系并没有真正穿越宅间
远离我们。它们井不是大爆炸这颗炸弹的弹片。相反这
些星系与我们之间的空间正在膨胀。单个的星系在星系
团内部随虮运动，而星系团实际上是静止的。 静止”这
个词可以严格地定义。微波背景辐射充满了整个宇宙，
并定义了一个宇宙参照系(universal reference frame){
这类似于气球的橡胶表面，运动是相对于它而言的。
这个气球的类比不能再说明更多的东西了。我们在
气球之外看来，弯曲的二维橡胶表面之所以可以膨胀，
仅仅因为它是嵌在三维空间中的。在第三维中气球有一
个中心，随着它的膨胀其表面向周围空间扩张。有人可
能会认为三维空间的膨胀需要第四维的存在。但是现代
宇宙学的基础—— 爱因斯坦的广义相对论指出：空间是
动态的。它可以膨胀、收缩、弯曲而不需要被嵌入更高
的维度。
在这个意义上宇宙是自持的(self-contained)。它
既不需要一个膨胀的中心，也不需要外部空间(不论它
在哪儿)以供膨胀。膨胀时它不需要周围有事先未被占
据的空间。一些更新的理论如弦理论的确要求额外维度
的存在，但是当我们的三维宇宙膨胀时，它无需这些额
外的维度来向其扩展。

大爆炸不是“空间中”的爆炸，而是空间本身的
爆炸。

要注意的是 根据Hubble定律．宇宙并非以唯一的
速率膨胀 一些星系以每秒1000千米的速度远离我们．
另一些(有前者的二倍远)为每秒20000千米，以此类
推。其实Hubble定律预言，在一定距离(即Hubble距
离)之外的星系将以超光速退行 对于已测得的Hubble
常数，这个距离是I 4 O亿光年。
对于超光速星系的预言是否意味着Hubble定律错了
呢?爱因斯坦的狭义相对论不是说没有什么物体的速度
能超过光速吗?这 问题已经迷惑了一代又一代的学生。
解决它的关键在于狭义相对论只适用于通常意义下的速
度．即在空间中穿行的速度 而Hubble定律中的速度是
指由空间自身膨胀所导致的退行速度。这是一个广义相
对论效应，并不受狭义相对论极限的限制。因此，具有
大下光速的退行速度并不违反狭义相对论。同样也没有
什么物体能追上一束光

有关红移和速度的关系存在着许多的误解。膨胀导
致的红移和大家更为熟悉的多普勒效应产生的红移，常
常被人们混淆。当声源远离时l比如远去的救护车发出
警笛声)，一般的多普勒效应将会使声波变长。这个原理
对光波同样成立：光源离我们而去时．波长变长。
对于遥远星系所发的光，这很类似，但并不完全相
同。宇宙红移并不是一般的多普勒红移 而天文学家却
常常这样叫它．这给他们的学生带来了极大的危害。多
普勒红移和宇宙红移遵循两个截然不同的公式。前者源
于狭义相对论，没有考虑空间的膨胀；后者源于广义相
对论并考虑到了这一点。这两个公式对于邻近的星系相
差无几，但是对于遥远的星系，差别就明显了。
按照一般的多普勒公式，接近光速在空间中穿行的
物体，红移趋向于无穷大，其波长变得过长而无法观测。

如果对于星系也是这样的话，那么天空中最遥远的可见
天体就正在接近光速退行。然而宇宙红移公式却得出了
不同的结论。在当前的标准宇宙学模型中，红移量为1．5
的星系— —也就是说，它们发出的光，波长比实验室参
考值大150％— —正以光速退行。天文学家已经观测到大
约1000个星系的红移量大干1．5。这意味着，他们已经
观测到大约1 000个天体正以超光速离我们远去。相应
地，我们也正以超光速远离这些星系。微波背景辐射则
传播得更远而其红移量在1000左右。当早期宇宙炽热的
等离子体发出我们现在所见到的这种辐射时，它正以50
倍光速远离我们的位置。

哈勃体积
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哈勃体积（也称为可观测宇宙，英语：Hubble Volume）是一个以观测者作为中心的球体空间，小得足以让观测者观测到该范围内的物体，也就是说物体发出的光有足够时间到达观测者。现在哈勃体积半径约为460亿光年。

或者简单地说，宇宙的大小，又叫做哈勃体积.

理论上说，既然宇宙是在100－200亿年前的大爆炸中诞生的，空间从‘宇宙原点’以光速扩展开来，其光辐射是以一个球体形式传播的，那么，现在宇宙的半径尺度应是100－200亿光年。你可以观测到的最远距离也就是自大爆炸以来光辐射所行进到目前的最远距离大约是120～150亿光年，即10的26～27 次方米，（注意：这是个动态的概念，其每一秒都在不断拓展中） 以该距离为半径（即：哈勃半径，注意不是哈勃望远镜的观测半径。）的球体正好定义了我们可观测‘视界’的大小，或者简单地说，我们这片宇宙的大小，知道半径当然可以算出体积，所以其体积又叫做哈勃体积或称为哈勃空间。 请注意一点：只要受光速的制约（红移的加速率），我们的‘观察球’（已观测到的宇宙范围）永远小于‘视界’（可观测到的宇宙范围，即：哈勃空间。）

中文名 哈勃体积 外文名 Hubble Volume 也    称 可观测宇宙 定    义 一个以观测者作为中心的球体空间


目录

1 天文学名词
2 宇宙和哈勃体积
3 哈勃体积的大小




天文学名词
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哈勃体积是一个天文学名词，以下解释全部来自于维基百科英文版。在文中有大量的天文专有名词和多种宇宙学模型，不一一赘述和解答。在大爆炸宇宙学中，可观测宇宙包括了人类今天可以在地球上观测的所有的星系和其他的物质。这是因为在宇宙膨胀开始了以后，光线和其他的信号必须经历漫长的时间才能被我们接受。假设宇宙是各项同性（各个方向上相同），那么宇宙大体上在各个方向上其边界都相同——意味着可观测宇宙是一个以观测者为球心的球体。不考虑宇宙的实际形状，宇宙的每一点都有一个自己的可观测宇宙，它可能和地球上的可观测宇宙重合也可能不重合。“可观测”这个名词的意思意味着它不是依赖于现代技术的探测能力，它仅仅代表着理论上光线或是其他信号从物体到观测者的可能。事实上，我们仅仅可以观测到（宇宙大爆炸的）再复合纪元时刻的光子解耦（光子逃逸），在那个时刻粒子第一次可以发射不被其他粒子再吸收的光子。在这之前，宇宙是一个对光子不透明的等离子体。在这一时刻粒子之间刚好有着足够的距离，所以光子能够从“最后散射面”被发射出来并且能被今天的我们所接受。并且形成了今天我们可以接收到的宇宙微波背景辐射（cosmic microwave background radiation）。但是，如果在今后我们可以观测到“中子背景”或者更深的“引力波”，那么我们可能得到比现在的可观测宇宙更远的距离，甚至可能包括宇宙大爆炸时刻的信息。目前的CMBR共动距离代表了宇宙的半径，计算得出为140亿秒差距（大约457亿光年），而目前的可观测宇宙的边界计算得出的结果是143亿秒差距（大约466亿光年），大了将近2%。宇宙的年龄计算结果为137.5亿年，但是由于宇宙膨胀，我们现在观测一些最开始十分接近但是现在却被认为远比137.5亿光年遥远的天体，（依据宇宙的固有距离，在同时刻和共动距离等效）。可观测宇宙的直径大约为280亿秒差距，大约930亿光年，可观测宇宙的半径大约有460到470亿光年之遥。通常情况下，人们常常把137亿光年当做宇宙的大小，人们想当然的认为宇宙中既然没有比光更快的物质，那么把137亿光年当做宇宙大小是合情合理的。但是，这一点未能考虑到宇宙并不是平滑，静止，而且符合闵可夫斯基时空的狭义相对论的。事实上宇宙时空由于膨胀而变得弯曲，正如哈勃定律揭示的那样，光的速度乘以宇宙时间间隔事实上并没有真正的物理意义。




宇宙和哈勃体积
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在宇宙大爆炸之后，一些宇宙的部分可能由于距离地球太远，导致了其发出光线到现在为止也未能到达地球，所以这部分的宇宙可能现在也在可观测宇宙之外。在未来，远处的星系发出的光线将会拥有更长的时间来穿越时空，所以现在我们不能观测到的一部分宇宙将会在未来被观测到。然而，由于哈勃定律，一些离我们足够远的宇宙区域将会以超越光速的速度远离我们（狭义相对论阻止了相邻的物体在同一局部区域不可以以相对另一个物体超越光速运动，但是对于正在膨胀中的时空中遥远的物体却没有如此限制），并且暗能量导致了宇宙在加速膨胀，假设暗能量保持不变，那么宇宙膨胀的速度持续增加，那么就会存在一个“未来可见极限”，超过这个极限的物体将永远不能被我们所能观测到，因为这个物体发出的光线在这个极限之外。（一个微妙的情形在于，由于哈勃参数不断地随时间减少，那么就会存在一种场景，一个正好比光快一点远离我们的星系可能恰好能把光线传递到我们这儿）。“未来可见极限”计算给出的是共动距离为190亿秒差距（约合620亿光年），意味着我们可以在无尽的未来中看到的星系数目最多只能比现在看到的星系多出2.36倍。（出了一些由于红移而不可以被观测到的，如下一段所述）。尽管原则上更多的星系将会在未来被观测到，实际上更多的星系将会由于不间断的膨胀而红移太多以至于它们将会看上去在视野里消失，并且不能被观测到。一个微妙之处在于如果我们能够认定一个可观测宇宙中处于给定共动距离的星系，必须要求在它的过去能够发出我们可以接收到的光线。（比如一个在宇宙大爆炸之后5亿年形成的早期星系），但是由于宇宙膨胀，在该星系的可能接下来的历史时期它所发出的信号就不能够在无限的未来到达我们这儿并被接收。尽管它仍然在同样的共动距离，并且比可观测宇宙的共动距离要短。这种现象可以被用来定义一种距离随时间变化的宇宙事件视界的类型，比如，现在的这种视界仅仅有160亿光年，意味着一个目前在160亿光年内发生的事件可以在未来被我们接受，但是超过160亿光年以外的事件如果现在发生就永远不会被我们知道了。不论是通俗和专业的宇宙学领域研究文献经常用“宇宙”来代替“可观测宇宙”，这有着一个根本上的充足理由：我们可能永远不会通过直接实验方式得知与我们不能联络的宇宙部分的信息。尽管相当多的可行的理论需要一个比可观测宇宙大很多倍的可观测宇宙。没有证据存在解释了可观测宇宙的边界就是整个宇宙的事实边界，同样也没有一种主流的宇宙学模型首先假设宇宙拥有可被认可的物理形式的边界，尽管一些模型猜测宇宙是有限但是无界的，正如三维空间里的一个二维球面，它有有限的面积但却是无边的。看上去很可能可观测宇宙内的星系仅仅代表了宇宙中星系的极小一部分。根据宇宙膨胀理论和他的创立者Alan Guth, 如果假设膨胀发生在宇宙诞生后的10 秒，那么根据这个看上去合理的假设，这时期的宇宙大小和光速乘以其年龄一样大。这就意味着整个宇宙的大小可能是可观测宇宙的10倍。如果宇宙是有限但是无界的，这就意味着宇宙小于可观测宇宙的大小。在这种情况下，我们看上去很远的星系可能是临近星系的假象，它们是由于光线绕宇宙一周所产生的幻象。这个假说十分难以检测因为星系在不同的年龄阶段是不相同的，甚至完全不一样。一个2004年的文献认为宇宙的大小仅仅只有780亿光年，这个可能是最小的宇宙尺度，甚至低于可观测宇宙的大小。这个结果得益于对于WMAP（一个人造天文卫星）的数据处理结果，这个方面的研究在被激烈的争论着。




哈勃体积的大小
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通常人们认为宇宙的直径是290亿秒差距，约合930亿光年，假设宇宙是平滑的，那么这就意味着宇宙的体积有3.5 ×10立方米，大约是4.1×10立方光年那么大。在宇宙学时间中，这些数据是现在的距离，不是光线发出时刻的距离。比如，宇宙微波背景辐射所发出的去耦光子在大爆炸之后的38万年后发出，大约发生在137亿年前，这些辐射是被一些后来绝大多数形成了星系的物质所发出，并且这些星系现在已经离我们460亿光年之遥。为了估计光线在它们发射时刻到我们这里的距离。（以下详细推导简略），通过红移和宇宙学公式，尽管它们现在离我们有460亿光年，但是当时它们离我们仅仅只有4200万光年之远。（附加内容： 之所以天文学家会得出宇宙的半径是470亿光年，这是由于时空膨胀的结果，宇宙在不断膨胀，并且这一点发生在宇宙的每一个角落，如同一个不断膨胀的气球表面，任意两个点之间的距离是不断增加的，所以物质之间的距离在不断增加，而且在不同时间内，变化的速度并不相同，这是由于随着距离增加，互相远离的二者，远离速度反而越来越快。尽管光线传播到我们这里需要137亿光年，但是同时发出光线的光源却在与我们相反的位置走了更远。如果想要计算此时的光源与我们的距离，需要一些天文学公式和积分计算，一个简单的近似，对于遥远的天体，可以简单的认为距离D=3ct，这样就能大致上得到D=137亿年*3*c约等于500亿光年的结果。）[1]  

参考资料 1.    哈勃空间望远镜  ．百度百科[引用日期2013-05-25]

为什么从哈勃球体外部物体进入哈勃体积内部会以亚光速速度行进

物理
?奔跑tc0531蜗牛?2014-10-12
优质解答因为宇宙是膨胀的,就像气球一样,离自己越远的星体膨胀的越厉害,哈勃半径处的星体远离我们的速度是光速,低于那个距离的就是亚光速,远于那个距离的星体移动速度就是超光速.但这并不违背狭义相对论,因为狭义论是时空理论,光速不变是时空的产物,当时空发生改变就可能超光速,相对论因子是在空间不改变的情况下,如果超光速,就是虚数.需要注意的是哈勃半径不是常数

空间是一个系统，有自己的规则，是一种平衡。因此在空间内的能量运行方式要按照当前规则运行，否则后果或许很严重。

对于宇宙膨胀，建议还是不要去摘抄网上的文章，应该有自己的看法。
宇宙膨胀程度取决于两个数值，第一是Ω（欧米茄）宇宙平均密度，第二是Λ（拉姆达）宇宙平均质量。根据热力学第一定律能量无法被创造也无法消失，只是传递到不同介质即能量守恒和狭义相对论E=mc2（能量和质量可以相互转换的），可以推论出Λ是一个常数，宇宙大爆炸时就已经确定了。然后我们来讨论Ω值，当Ω>1时宇宙将无限膨胀下去，当Ω=1时宇宙膨胀到一定时间便会停止，当Ω<1时宇宙膨胀一定时间后会收缩。因为宇宙空间中“暗物质”概念的提出，故目前对Ω值的主流看法是＞1的，那么宇宙将无限膨胀下去，最后变成大冰冻状态，无限接近于绝对零度。顺便科普一下，我们观测宇宙膨胀速度的方式是根据恒星多普勒效应，如果恒星发出的光偏红，那么就代表远离我们，从而得出宇宙在膨胀。反之靠近我们的话多普勒光谱应该是偏蓝的。目前天文观测来看，宇宙膨胀速度过快也初步印证了宇宙将无限膨胀下去的说法。
我拿了天文学和天文物理学双学位，关于天文方面的问题都可以私信我。

。。。。。。Λ（拉姆达）宇宙平均质量？

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宇宙平均密度



宇宙作为整体的平均密度。爱因斯坦场方程曾被加入了宇宙常数拉姆达，最终又将其删去。直至后来。科学家们发现宇宙常数与宇宙密度之和可用于判断宇宙所处状态以及宇宙自身形状。由于拉姆达为0，因此目前宇宙密度值为1。[1]

中文名 宇宙平均密度 外文名 cosmicmeandensity 属    性 密度 词    性 天文学专有名词

参考资料 1.    加来道雄 伍义升 包新周．平行宇宙：重庆出版集团，重庆出版社，2008




宇宙临界密度
?  

大爆炸后的膨胀过程是一种引力和斥力之争，爆炸产生的动力是一种斥力，它使宇宙中的天体不断远离；天体间又存在万有引力，它会阻止天体远离，甚至力图使其互相靠近。引力的大小与天体的质量有关，因而大爆炸后宇宙的最终归宿是不断膨胀，还是最终会停止膨胀并反过来收缩变小，这完全取决于宇宙中物质密度的大小。

中文名 宇宙临界密度 外文名 无 解    释 理论上存在某种临界密度 学    科 物理
理论上存在某种临界密度。如果宇宙中物质的平均密度小于临界密度，宇宙就会一直膨胀下去，称为开宇宙；要是物质的平均密度大于临界密度，膨胀过程迟早会停下来，并随之出现收缩，称为闭宇宙。

问题似乎变得很简单，但实则不然。理论计算得出的临界密度为5×10－30克/厘米3。但要测定宇宙中物质平均密度就不那么容易了。星系间存在广袤的星系间空间，如果把目前所观测到的全部发光物质的质量平摊到整个宇宙空间，那么，平均密度就只有2×10－31克/厘米3，远远低于上述临界密度。

然而，种种证据表明，宇宙中还存在着尚未观测到的所谓的暗物质，其数量可能远超过可见物质，这给平均密度的测定带来了很大的不确定因素。因此，宇宙的平均密度是否真的小于临界密度仍是一个有争议的问题。不过，就目前来看，开放宇宙的可能性大一些。

[ 本帖最后由 druid169 于 2016-6-6 14:22 编辑 ]