宇宙大爆炸迅速膨胀,数以亿计的天体正以超光速远离,是真的吗?

在浩瀚无垠的宇宙中充满了无尽未知,而关于宇宙是什么时候、如何形成的?从古至今一直都是人类探讨的一个话题,随着人类文明的进步与科学技术的发展,在20世纪初期,人们开始探讨宇宙的起源,宇宙的形成……

何为宇宙?

在字典中对这个词语的解释是:包括一切事物的无限空间和时间,可以说“宇宙”一词是个很大的概念,在《尸子》这本书中描述为“古往今来谓之宙,上下四方谓之宇”。

而在《庄子·庚桑楚》描述为“有实而无乎处者宇也,有长而无乎本剽者宙也”,由此可见,宇宙是天地万物的总称,包含着无边无垠的空间和无始无终的时间。

宇宙的起源。

宇宙的起源是一个深远的话题,从牛顿的经典力学出世以来,科学家们通过对万有引力定律的理解,认为天体会逐渐趋向于聚集到一点,默认宇宙是一个稳态的模型。

直到二十世纪,爱因斯坦提出相对论,在相对论中他认为宇宙不可能是稳态的,而是处于动态当中,要么膨胀,要么收缩,为了解决这个问题。

爱因斯坦在最初的引力场方程中引入了一个“宇宙学常数项”,建立了一个静态、有限、无界的宇宙模型,奠定了现代宇宙学的基础,但目前关于宇宙起源影响较大的是大爆炸宇宙学说。

宇宙大爆炸理论

1946年,美国科学家伽莫夫提出了“大爆炸”理论,该理论认为宇宙来自138亿年前的一个体积无限小、密度无限大、能量无限大的奇点大爆炸,随着奇点的膨胀和冷却,微小的亚原子颗粒变成了原子,这些原子在引力的作用下变成了行星和恒星,后来逐渐形成了现在浩瀚无垠的宇宙。

如今宇宙大爆炸理论已经成了描述宇宙起源和演化的一个主流理论,但也不缺乏证据支持

证据一:哈勃定律

在我们地球上观测遥远星系时,几乎所有星系的光谱都存在红移现象,即遥远星系的退行速度与距离成正比,V=Hd ,这个现象也说明了宇宙在膨胀。

证据二:宇宙背景辐射

在宇宙大爆炸理论中,爆炸之后还残留着辐射,而我们科学家后来也发现了宇宙背景辐射,大约为2.7K,与宇宙大爆炸理论契合。

证据三:宇宙元素丰度

宇宙大爆炸后,产生了氢和氦元素,而这些轻元素可以在恒星内部发生核聚变,变成重元素,根据宇宙中不同元素的丰度,可以了解宇宙的演化,而如今的元素丰度也与宇宙大爆炸理论吻合。

宇宙大爆炸之后的演化。

伴随着奇点的爆炸,宇宙开始迅速膨胀,最先出现的是光子、电子、中微子、质子和中子,而四种相互作用力中的引力也被首先分离出来。

在大爆炸后的38万年,第一批原子诞生了,这些原子在引力的作用下凝聚成了云团,而在这些气体云团的高密度区域,最早的一批恒星出现了,第一批恒星是蓝巨星,主要组成物质是氢元素和氦元素,然后在恒星内部发生的核聚变又产生了氧元素和碳元素。

与此同时,恒星和恒星之间、星系和星系之间发生了碰撞,导致了更多新元素以及新物质的产生。大爆炸之后的数百万年,恒星和星系开始出现,这也是真正意义上的恒星。

大约出现在133亿年前,因为恒星内部的核聚变反应,越来越多的元素随之出现,而重元素产生也使得第一批行星随之而来,直到46亿年之前,太阳出现了……

在宇宙大爆炸之后,我们的宇宙就一直处于不断膨胀的过程中,并且膨胀速度超越了光速。

哈勃红移。

1929年,美国天文学家哈勃发现“所有的星系都在彼此互相远离,而且星系的距离与红移大致呈现出一个线性关系,即离得越远,速度越快”,对这种现象的合理解释为宇宙在膨胀。

而这种线性关系为V=H0×d,其中V为星系的退行速度,d为星系距离,H0为比例常数,也称为哈勃常数,这就是哈勃定律。

宇宙至今大约有138亿年的历史,但经过一系列的数据演示和推算,目前宇宙的可观测直径大约为930亿光年,而这就是因为宇宙在超光速的向外膨胀。