宇宙诞生至今138亿年,为何可观测宇宙直径有930亿光年?

Question

如题所述

Answer 1

宇宙的年龄是公认的138亿年，根据大爆炸理论，光是在宇宙诞生后的138亿年内传播的，因此可观测宇宙的直径最多是276亿光年。然而，科学家们指出，可观测宇宙的直径实际上达到了930亿光年。这是因为宇宙空间在不断地以超光速膨胀，而这种膨胀并不违反物理定律。爱因斯坦的相对论限制了具有静止质量的物体的速度不能超过光速，但并未规定空间的膨胀速度。空间本身的膨胀使得光能够在138亿年内覆盖高达930亿光年的距离。
20世纪20年代，美国天文学家埃德文·哈勃揭示了河外星系正远离我们，且它们的退行速度与距离成正比。这一发现表明宇宙正在膨胀。基于哈勃的观测，科学家们推断，宇宙可能起源于一个原始火球，这为宇宙大爆炸理论提供了证据。星系之间的远离是由于宇宙空间的膨胀，而非星系的实际运动。
通过对遥远超新星的观测，科学家们发现宇宙不仅在膨胀，而且正在加速膨胀，这一发现三位天体物理学家获得了2011年的诺贝尔物理学奖。他们认为，这种加速膨胀可能与占宇宙总质能68%的暗能量有关。
尽管星系之间在相互远离，科学家们能够区分这是由于空间的膨胀而非星系的运动。河外星系的光谱线向红端移动，即红移，这是因为空间膨胀拉长了光波。这种红移与星系的多普勒红移和引力红移不同，它是由空间的膨胀引起的。
在星系内部，我们感觉不到宇宙膨胀，因为引力作用远大于空间膨胀的力量。只有在宇宙的大尺度上，我们才能观察到星系之间的远离。
可观测宇宙的直径达到930亿光年，是因为最早的光在宇宙诞生后138亿年内以光速传播，而空间的超光速膨胀使得光能够在如此短的时间内覆盖如此远的距离。结合大爆炸理论的模型，可观测宇宙的直径被估计为922亿光年。此外，由于宇宙最初的38万年处于暴涨期，宇宙已经膨胀了8亿光年，这部分时间无法通过光来观察，但可能通过引力波来探索。
综上所述，可观测宇宙的直径为930亿光年，包括了宇宙大爆炸以来光能够到达我们的所有区域。如果宇宙继续加速膨胀，那么未来可能会有星系的光永远无法到达我们，宇宙将变得一片黑暗和死寂。