既然宇宙一直在超光速膨胀,为何北斗七星多年来一直在那里?
宇宙大爆炸至少在两个时间段是超光速膨胀的。
一个是在大爆炸刚开始第一秒之前,发生了一次暴涨,这个暴涨超过了光速很多倍;一个是现在,根据测得的哈勃常数值,宇宙膨胀还是超过光速3倍多。
至于这两个时间段的中间宇宙膨胀有多快,还有没有过暴涨阶段,目前尚无定论。
这两个膨胀都是有翔实的科学观测数据或者数理逻辑建模的,不是随便说说的。正因为宇宙超光速膨胀,我们138.2亿年的宇宙年龄,可观测直径才会达到930亿光年。
我们宇宙还有一个不可观测宇宙,这个不可观测宇宙有多大,目前科学界还无法给出答案。
宇宙大爆炸学说经历了100多年的讨论,理论体系日趋成熟,且有越来越多观测证据实验数据支撑,而且这个理论可以完美的与各种宇宙现象相契合。
由此大爆炸宇宙论是目前解释宇宙运行状态最好的理论,已经成为科学界公认的标准宇宙理论。
科学家每个发现或者理论出台,都不是随便说说,而是有大量翔实的数理逻辑论证或者观测数据支撑。现在有一些人莫名其妙的否定大爆炸理论,这些人对相关专业知识一知半解甚至毫无认知,仅靠拍拍脑袋就随便否定科学界的一些重大发现和理论。这种人最典型的表现就是不尊重科学,甚至反智反科学。
那么为什么宇宙膨胀超过光速,我们看到的星空却千年不变呢?就来和愿意接受科学知识的人讨论一下这个问题。
前面说了宇宙膨胀经历了一次暴涨,这就是大爆炸刚开始10^-36 秒~10^-32秒之间的暴涨期。也就是从宇宙大爆炸开始后的0.000000000000000000000000000000000001秒开始,到0.00000000000000000000000000000001结束,就在这么连“一瞬”都谈不上的时间里,宇宙经历了2^100次加速,已经达到原先尺寸的10^30倍。这是一个怎样惊人的暴涨?要比光速快多少倍?数学好的可以算一算,如果先前宇宙为1毫米的话,经过这个暴涨到了多大?当然暴涨前的宇宙有多大,科学界尚无结论。
但这个暴涨我们只能意会,却看不见。因为宇宙过了30万年才发出第一缕光,这30多万年宇宙膨胀大了多少,还无法知道。这是宇宙第一个视界,即过去视界,是第一段不可观测宇宙,这个视界内的情况目前还无法弄清。
现在的宇宙还在以超光速膨胀,这是科学界测得的哈勃常数认定的。
哈勃常数就是根据哈勃定律测量出来的宇宙膨胀速率值。2013年欧洲航天局宣布了普朗克卫星测量结果,当时最新的哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc。
这个数值的含义就是宇宙中的星系离开我们的速度,每远326万光年(百万秒差距),就每秒增加67.8公里,正负误差为0.77公里。这个数据根据距离而平均递增,这样可以算出我们可观测宇宙半径465亿光年远的星系,离开我们的速度就达到了每秒96.7万公里,是光速的3倍多。
这个结果是基于宇宙观测证明,宇宙膨胀是各向同性,均匀膨胀。
所谓宇宙膨胀各向同性和均匀膨胀,就是说不管从哪个方向看,远方同距离星系都是以同样的速度离开我们,而且越近越慢越远越快呈现均匀增速膨胀。
这就说明我们宇宙没有中心,就像一个气球(简单比喻,实际比这复杂很多),气球小时,所有星系挤在一起,随着不断膨胀,各自星系都在互相分开,互相远离,越远的离开得就越快。
我曾经用插竹竿来比喻宇宙膨胀速度的叠加。每隔1米插一根竹竿,插100根竹竿,最近的那根竹竿距离我们有1米,最远的那根就距离我们100米。宇宙膨胀就是每根竹竿都互相同时分开,每根加大1米距离,距离我们最近的那根竹竿就距离我们有2米,而最远的那根竹竿距离我们就有200米了。
宇宙膨胀就速度就是这样计算的。哈勃常数测量宇宙的竹竿为326万光年1根,465亿光年就需要插14263.8根竹竿,每根之间每秒加大67.8公里,距离我们最远的那根就达到每秒96.7万公里了,光速每秒为30万公里,达到了光速3.22倍了。
最近,科学界对哈勃常数又进行了更精密的测量,调整了误差,这个数值又增加了9%,说明宇宙膨胀速度还不止这么快呢。
这又牵涉除了宇宙年龄问题,这不属于本文讨论的范围,就此打住。
上述宇宙膨胀速度说明,所谓宇宙超光速膨胀是指宇宙整体膨胀超过了光速,也就是宇宙这个“气球”表面整体膨胀叠加超过了光速,并不是每个星系相互离开超过了光速。这样我们就可以根据哈勃常数,很简单的算出每1光年的膨胀速度为:每秒只有20厘米左右。
而我们肉眼能够看到的漫天恒星,最远的几千光年,最近的4光年。绝大多数恒星距离我们都在一二百光年左右。
北斗七星距离我们多数都在七八十光年,最远的124光年,平均距离约87光年。根据哈勃常数,这个距离膨胀速度为每秒17.4米,每年就是约55万公里。1光年距离为9.46万亿公里,按照每年膨胀速度为55万公里计算,需要约1720万年才移动1光年。
这就是说要1720万年北斗七星的移动变化在我们看来才有1/87,这种移动凭我们的肉眼在短期内或者几千年内能够看出来吗?
当然实际上恒星的移动并不只是宇宙膨胀的移动,尤其近距离恒星或者星系,主要还是引力和运行规律导致变化,实际上比膨胀带来的变化大得多。所以北斗七星的形状在10万年间就会有较大变化。这个问题在过去有过阐述,有兴趣者可以前往查看。
所以我们要正确理解宇宙整体膨胀和宇宙尺度近距离星系恒星变化的关系,这样才能够更好的理解大爆炸理论。另外还需要说明的是,宇宙膨胀是空间的膨胀,这个速度不受光速藩篱限制,并没有影响狭义相对论光速是宇宙中最高速度、凡具有静止质量的物质都无法达到光速的结论。
我们还要弄清宇宙尺度为465光年半径只是指可观测宇宙,而不是整个宇宙 。
前面说过宇宙有一个过去视界,我们观测不到;现在宇宙依然高速膨胀,必然导致有一些最遥远星系的星光永远传不到我们的视线,也就是说有一部分宇宙永远不会被我们观测到。这就是所谓宇宙的未来视界。
过去视界和未来视界组成了不可观测宇宙,这个不可观测宇宙我们无法知道有多大,所以整个宇宙到底有多大,目前还蒙在鼓里。
但有一点是肯定的,这个宇宙是动态的,是有限的,这个结论自从相对论出世和发现宇宙膨胀以来就确定了,这个结论是以否定经典静态无限宇宙论为前提的。