宇宙速度公式推导过程,第一宇宙速度计算公式

首页 > 教育 > 作者:YD1662024-04-04 13:49:36

这个观测结果完全符合爱因斯坦广义相对论理论描述,解决了爱因斯坦场论与绝对时空观的矛盾,从而为大爆炸宇宙模型增加了关键性重要证据,说明宇宙从奇点爆炸开始,膨胀一直没有停止过。

如果形象的比喻,现在的宇宙就像一个正在膨大的气球,这个气球就是奇点膨胀而来,所有星系物质都是气球膜上的星星点点花纹,随着气球的不断胀大,这些星星点点的花纹都在相互远离,在气球表面任何一点向四周看都是一样的,因此宇宙没有中心。

这个气球的膜就是宇宙空间(也可以说是时空),没有质量,星星点点的花纹就镶嵌在宇宙空间的星系,是有质量的。这些有质量的星系本身并没有动,就像坐在火车上的人,火车在飞奔,车上的人并没有飞奔。

宇宙速度公式推导过程,第一宇宙速度计算公式(5)

也可以想象成烤面包,面包本身是时空,面包在膨胀,镶嵌在里面的葡萄干也随之距离相互拉开,但葡萄干没有动,只是随着面包的膨胀相互隔得更开而已。

随着宇宙空间的膨胀,原来挤在一起的星系就相互隔得越来越开,看起来就是相互远离。而宇宙膨胀只是时空的膨胀,不是有质量的物体运动,因此不受光速藩篱约束。

宇宙膨胀速度是如何计算出来的

宇宙膨胀速度计算就是根据哈勃定律进行的。前面说了,哈勃定律里面有几个代数,V代表总速度,H代表哈勃常数,D代表实际距离。根据这个公式,首先要知道哈勃常数,才有可能代入数据进行计算。

宇宙速度公式推导过程,第一宇宙速度计算公式(6)

为了得到一个准确的哈勃常数,几十年来,许多天文学家想方设法进行了大量的测量工作,得到几个具有代表意义的数据:

2006年,马歇尔太空飞行中心利用钱卓X射线望远镜得到的结果是77km/s,误差约15%;2009年,NASA(美国宇航局简称)根据la超新星测量得到的结果为74.2±3.6km/s;2013年,欧空局根据普朗克卫星测量得出的结果为67.8±0.77km/s;2019年,德国科学家利用引力透镜效应得出的结果为82.4km/s。

每种方法测得的数据并不完全一致,甚至有较大相差。不同的数据计算出的宇宙年龄和膨胀速率是不一样的,今天我们将这些数据折中一下,得到一个平均值为:(67.8 77 74.2 82.4)/4=75.35km。

宇宙速度公式推导过程,第一宇宙速度计算公式(7)

也就是说,在距离我们326万光年的位置,星系离开我们的速度约为75.35km/s,根据这个折中的哈勃常数来测算宇宙膨胀速度,按照各向同性,越远越快,与距离成正比例关系的原则,就可以计算出任意距离星系相对我们的退行速度了。

如326万光年的地方为75.35km/s;1亿光年的地方为2311.35km/s。

我们可观测宇宙半径为465亿光年,也就是说距离我们最远的那个星系,离开我们或者说退行速度就达到1074777.75km/s了。这个速度约光速的3.58倍,这就是所谓宇宙膨胀速度大于光速的由来。

既然宇宙膨胀速度大于光速几倍,为啥我们感受不到呢?

这是因为所谓宇宙膨胀大于光速,是整个宇宙膨胀的叠加速度,形象地说是整个宇宙气球的总膨胀速度,是我们与可观测宇宙最远的星系相互离开的速度,不是近距相互之间星系分开的速度,这是宇宙大尺度整体的一个规律,不能用在附近天体。

宇宙速度公式推导过程,第一宇宙速度计算公式(8)

上一页123下一页

栏目热文

文档排行

本站推荐

Copyright © 2018 - 2021 www.yd166.com., All Rights Reserved.