首页 > 烧脑物数 > 正文

我们都知道,宇宙自诞生以来一直在膨胀,相距越远膨胀的速度就越快,这就造成了宇宙整体的膨胀速度超过了光速,而且远超光速。

但是爱因斯坦的相对论表明,光速是宇宙的速度极限,宇宙超光速膨胀看起来与相对论发生了矛盾,这到底怎么回事?难道相对论错了吗?

首先,我们了解一下光速的那些事,看看接近光速到底会发生什么。

在我们的世界里,任何的移动速度都有一个限制,不可能无限快,这个限制就是光速限制。不要以为只要持续给一个物体持续的能量,物体的速度就会越来越快,这种思想只是建立在绝对时空观基础上的,而爱因斯坦告诉我们时空是相对的,物体的质量会随着速度的增大而增加,当物体的速度接近光速时,质量会达到无穷大,所以一个物体无论如何都不可能超光速。

同时,随着速度的变大,在时间这个维度的移动速度就会变慢,爱因斯坦认为时间也是一个维度。因此才会出现时间膨胀效应,或者钟慢效应。

如果你在地球上静止不动,我乘坐一艘飞船快速离开地球,对于你来讲,我的时间就变慢了,当我重返地球时,会发现你会变得更老,而我依然年轻。

不过只有速度尽可能接近光速,这种时间按膨胀效应才会比较明显,平时我们经历的速度相对光速都太小了,所以很难直观感受到时间膨胀效应的存在。

时间膨胀效应是时间和空间共同作用的结果,这样做的目的就是阻止超光速的发生。时间和空间一切阻止任何超光速物体的出现。

任何物体的速度都无法超光速,那么为什么宇宙膨胀的速度可以超过光速呢?

科学家们早就发现,距离地球越远的天体,远离地球的速度就越快。比如说5000万光年外的星系,远离地球的速度大约为每秒12000公里。而3.3亿光年远的星系,远离地球的速度达到每秒7000公里。

星系距离地球越远,退行的速度就越快,这个规律是上世纪20年代著名天文学家哈勃发现的,也被称为“哈勃定律”,也就是宇宙膨胀定律。

科学家们通过更深入的探索,发现哈勃定律确实很适用,即使是距离地球百亿光年外的天体,仍旧遵循哈勃天体。

那么,相对论中的光速限制,为什么没有限制宇宙膨胀的速度呢?

这里需要强调一点,所谓“相对论”,“相对”很重要,说白了,相对论中的光速限制也是有条件的,并不是绝对的。光速限制只适用于惯性系的相对运动,说白了就是空间中同一位置的物体相对运动。

还拿刚才的例子来解释。你静止在地球上,我乘坐飞船离开地球,对于你来讲,我的时间变慢了。但这里的“变慢”并不是绝对的,如果我之后永远不回地球,“变慢”就没有任何意义,因为我也同样会发现你的时间也变慢了,因为运动是相对的,你相对我来讲也在运动。

所以,我必须返回地球,你和我再次位于同一位置,你才会发现我的时间真的变慢了。为什么不是你的时间变慢了呢?这其实就是“双生子佯谬”,这里不再详述了,以后会专门科普相关方面的知识。

宇宙膨胀的过程中,星系本身根本就没有移动,不是星系本身在“超光速”移动,而是星系之间的空间在膨胀,星系本身相对空间是静止的。

宇宙为什么会不断加速膨胀呢?

科学家们怀疑宇宙膨胀背后的“元凶”是暗能量,一种不断衍生出来的虚空能量,让星系之间不断加速远离彼此。随着时间的推移,星系之间远离彼此的速度不断变大,这意味着遥远星系发出的光的光谱颜色会向红色偏移,也就是所谓的“红移现象”。

在宇宙超光速膨胀的背景下,宇宙中距离我们非常远的星系发出的光永远到不了地球,科学家们计算出这个半径大约为465亿光年,也就是可观测宇宙的半径。

这意味着,对于我们来讲,有意义的部分就是可观测宇宙,可观测宇宙外面很多可能还是宇宙,但对于我们来讲没有任何意义,因为那里的任何信息都不能到达地球,而地球上的任何信息也不可能到达那里。

同时,随着宇宙的加速膨胀,会有越来越多的遥远星系逃离可观测宇宙。最终,在遥远的某天,整个宇宙就只有银河系这座“孤岛”了,其他星系彻底远离了我们的视线,即便我们光速飞行,也不可能发现任何其他星系的存在!

原文链接:https://www.toutiao.com/article/7218795692230640161

本站文章部分来自于互联网,已注明出处。 未注明原文出处皆为原创文章,转载同样请注明出处并添加链接。

猜你喜欢
发表评论

电子邮件地址不会被公开。 必填项已用*标注

评论信息
picture loss