宇宙膨脹為何如此之快?科學家:測量宇宙年齡的對象或誤導了我們

我們生活在一個有 138 億年歷史的宇宙中。科學家們認為,在宇宙第一次形成的那一刻,即大爆炸發生了一些違背物理定律的事件。例如,我們現在知道的宇宙中最快的速度是光速(每秒 30萬公里)。然而,大爆炸的速度被認為比光速還快,這仍然是一個謎,因為我們永遠無法看到大爆炸的瞬間。

即使我們有一個望遠鏡可以看到宇宙的起源,大爆炸的那一刻也是如此炙手可熱——存在太多的氫。氫對恒星來說是必不可少的,每顆恒星都燃燒氫,產生氦。無論如何,這種高水平的氫意味著宇宙開始時的增長速度與恒星產生的速度平行。換句話說,被認為是暗物質來源的「空白空間」區域幾乎不存在。在這里,雖然暗物質稀少,但宇宙卻在膨脹。因此隨著膨脹變大,較重的元素也在增加,一個越來越重和越來越冷的宇宙也不得不放慢速度。

不過有科學家認為,我們用來測量 宇宙年齡的類星體、超新星和宇宙微波背景輻射(CMB)可能誤導了我們。

類星體!

熱衷于解決宇宙中一些最基本謎團的天文學家將目光投向了一個新目標:類星體,一種圍繞巨大黑洞猛烈旋轉的物質風暴,并以其耀眼的光芒穿透宇宙。類星體形成于宇宙的最早時期,最近的距離我們 30 億光年,而最遠和最亮的距離我們 330 億光年。

根據類星體的研究,當宇宙存在 10 億年時,它的膨脹速度加快了。類星體和恒星形成率最高的年份到現在都正常。現在增長將繼續緩慢,因為數學和物理定律需要它。

然而,觀測表明,在過去的 60 億年中,宇宙的增長速度甚至更快。正如你所看到的,迄今為止,早期宇宙中類星體數量的減少是相當突然的。雖然宇宙的膨脹速度與恒星形成的速度平行,但我們正在進入一個與恒星形成減少成反比的周期。

超新星呢?

1920 年代,埃德溫·哈勃第一次看到他之前觀察到的恒星正在慢慢變紅,這意味著星星越來越遠。基于此,科學家們確定了星系的真實距離和星系的紅移。因此,利用超新星爆炸留下的光,他們計算出自從光離開超新星后宇宙膨脹了多少。近幾十年來,測量遠距離的黃金標準一直是一種恒星爆炸:1a 型超新星。這些超新星通常以相同的亮度引爆,因此天文學家知道,更明亮的必須離得更近,而更暗的必須離得更遠。這些所謂的「標準蠟燭」揭示了宇宙的膨脹速度越來越快,暗示著一種神秘的「暗能量」正在驅使星系分開。

但隨著天文學家使用目前的望遠鏡,研究人員無法看到超過 9 到 100 億年前的 1a 型超新星(因為光需要數十億年才能到達地球,所以向外看太空也意味著回顧過去)沒有任何可見的超新星,宇宙學家——研究人員專門研究整個宇宙演化的人——對于宇宙最初 40 億年發生的事情基本上一無所知。

宇宙微波背景 (CMB)——多普勒效應!

CMB 是大爆炸后約 40 萬年的輻射遺跡。由于嬰兒宇宙中沒有星系和類星體,我們無法測量光的紅移。但大爆炸向太空發射的這種光創造了我們稱之為 CMB 的熱圖。圖片中看到的紅色和藍色斑點是等離子氣泡,這些氣泡形成了今天的超級星系。由于熱量如此強烈,以至于爆炸產生了聲波,從而出現多普勒效應。這些聲波使光發生偏振,這些來自聲波的殘骸告訴我們,宇宙在 10 億年前就在加速。

但正如我們所知,它被定義為:「隨著聲源和觀察者相互靠近(或遠離),聲音、光或其他波的頻率增加(或減少)。這種效應會導致經過的警報器音調的突然變化以及紅移,天文學家可以看到。」不過另請注意,紅移也用于測量空間的擴展,但這并不是真正的多普勒效應。相反,由于空間膨脹而引起的紅移被稱為「宇宙學紅移」。因此,多普勒效應并不能證明宇宙正在膨脹。

結論:

宇宙膨脹由一個稱為哈勃常數的值表示。迄今為止,對這一常數的最準確測量是每 100 萬光年每秒 20 公里。

正如我們所提到的,大爆炸的速度非常快。愛因斯坦的狹義相對論指出,宇宙中沒有任何事物的傳播速度可以超過光速。這是可以觀察到的。然而,大爆炸時刻是不可觀測的。有如此強烈的熱量,這個溫度就像一個鈍棱鏡,阻止我們拍攝那一刻。換言之,宇宙大爆炸的速度是否快于光速仍是一個有爭議的問題。

如果宇宙僅在大爆炸的推動下膨脹,那麼在其 138 億年的生命周期中,膨脹速度將不得不減慢。據估計,當宇宙存在 70 億年時,我們稱之為真空的區域的主導地位增加了。由于這導致暗物質/能量變得更強,宇宙開始出乎意料地迅速膨脹。暗物質/能量現在覆蓋了宇宙的每個部分以及空曠的空間。如果宇宙繼續以這種速度膨脹,它要麼會自我毀滅,要麼會出現其他我們不知道的事情。


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