宇宙在膨胀!而我们正在被压缩?
整个宇宙都在膨胀,星系的分离也是膨胀的一部分,并不是因为任何排斥。
但是问题来了?宇宙膨胀并且越来越快的原因是什么?我们也会随之扩张吗?
膨胀的空间结构意味着一个星系离我们越远,它离我们就越快。
地球附近的时空被太阳和其他天体的引力弯曲,是哈勃体积更大区域的一部分,在这个体积范围内,空间结构膨胀。
我们没有观测到空间的真实结构,只有宇宙物质和辐射。
图中,上面是宇宙物质,中间是辐射,下面是宇宙膨胀过程中不断变化的宇宙常数。
图中,室女座超星系团中的各类星系团聚集在一起。在很大范围内,宇宙是均匀的,但当你观察星系或星系团时,超密度和低密度区域占主导地位,而宇宙是非常不均匀的。
据国外媒体报道,自20世纪30年代以来,科学家们已经知道宇宙开始膨胀,但我们是否也随之膨胀,这是科学家们经常提到的问题。通常人的自我意识认为宇宙不会膨胀,但宇宙中的一切都会逐渐缩小。我们如何区分不同之处?
如果宇宙在膨胀,我们也会膨胀吗?目前专注于量子引力和高能物理的理论物理学家Sabine & middotSabine Hossenfelder对这一观点进行了深入分析。他指出,数学方法可能是最好的解决方案,但很难通过一系列方程来解决问题,所以这是一个概念问题。
萨宾指出,理解宇宙膨胀的第一条线索是时空广义相对论,而不是空间广义相对论,正如1908年科学家赫尔曼&米德多特;明科夫斯基说:& ldquo从现在开始,空间是空间,时间是时间。只有当他们保持一个独立的现实,否则他们会逐渐消失在阴影中。& rdquo
第二条线索是,必须从科学测量的角度来回答,至少原则上是这样。我们无法观察空间,也无法观察空间和时间的关系。我们只能观察时空是如何影响物质和辐射的,我们可以通过探测器来测量。
第三根电缆是& ldquo在广义相对论中;相对论& rdquo这意味着每个观察者都可以选择自己描述的时空关系。虽然每个观察者的计算结果不同,但都会得出相同的结论。
基于以上三条重要线索,我们将对宇宙的膨胀有更深入的了解。宇宙学家采用& ldquo弗里德曼& middot罗伯逊& middot沃克模型(以发明者命名)& rdquo要描述宇宙,基本假设是空间充满了物质和辐射,它们在每一个区域和方向都具有相同的密度。如该术语所描述的,它是均匀和各向同性的,这种假设被称为& ldquo宇宙的原理& rdquo。
虽然宇宙理论最初只是一个似是而非的假设,但它也有证据支持。在大尺度上,物质确实分布在宇宙的每一个区域。但很明显,在短距离内,比如银河系内部,银河系是一个盘状结构,大部分质量集中在中央隆起处,这些物质的质量分布并不均匀。因此& ldquo弗里德曼& middot罗伯逊& middot沃克模型& rdquo并不适合描述这样的星系。
这是一个关键点。如果我们忽略它,我们就会混淆宇宙膨胀的起源理论。描述宇宙膨胀的广义相对论可以解释爱因斯坦方程,但只适用于更大的空间。但是描述星系有不同的方式。一种方式是宇宙不会膨胀,宇宙不会无意识地膨胀,而是根本不会膨胀。完全描述宇宙膨胀的解是& mdash& mdash非膨胀星系之间的膨胀空间。目前,基于其数学复杂性,这种解决方案只是通过计算机模拟得到的结果。
你可能会问,宇宙会膨胀到什么距离?当宇宙平均体积很大时,物质的自引力比膨胀牵引力弱。对于原子核来说,宇宙的平均体积越大,其平均密度就越小。但是膨胀只有在超越星系团的水平时才会发生。在很短的距离内,当核力和电磁力不是中性的时候,也会作用在引力牵引上,可以安全地保护原子和分子不被宇宙膨胀撕裂。
但事实是,我所说的一切都取决于一种& ldquo自然法& rdquo可以将空间划分为时空宇宙微波背景辐射(CMB)将帮助我们认识到划分时空的方式只有一种,CMB在各个方向都保持不变。分割后,研究人员仍然可以收集时间戳,但分割已经完成。
打破科学家赫尔曼& middot明可夫斯基所说的时空统一的方法是一种& ldquo空间切片法& rdquo的确,这很像切面包片,每一片都隔着一定的时间。科学家有很多切面包的方法,会有更多切时空的方法。根据霍森菲德提到的第三条线,这种情况是完全允许的。
霍森菲德指出,物理学家之所以选择切片法,通常是通过巧妙的& ldquo切片& rdquo,可以大大简化计算,但是如果你真的坚持,有些& ldquo宇宙切片& rdquo将确认空间不膨胀。然而,这些切片可能会变得非常棘手:很难解释它们并进行计算。对于这样的切片,比如随着时间推移把你推进空间,一点都不直观。
其实你可以在地球周围的时空范围内做,你可以划分时空,让人类周围的空间保持平坦。但是,这种划分很难实现,也没有意义。在这种情况下,还有第二条线索。我们真的不需要讨论空间是如何开始的,就像你坚持宇宙不会膨胀的空间定义一样,但是你可以想象一下,被定义的空间就像一个城市,比如美国的布鲁克林,膨胀了。假设一条街道有1英里长,第二天它会扩展到2英里,下一周它会变成10英里,以此类推。显然,这种假设是愚蠢且无意义的。
但目前,研究人员可以使用测量方法,如在固定高度的两条街道的末端进行激光束反射测距,或使用原子钟测量两次激光束反弹的时间间隔。你会发现时间间隔总是一样的。
原子钟依赖于恒定的原子跃迁频率。与重心相比,原子内部的引力完全可以忽略,比重心低40个数量级左右。将其固定在一定高度,可以避免地球引力引起的引力红移。无论研究人员使用哪种坐标,总能找到同样清晰的测量结果:激光反弹的时间间隔是一样的。
在宇宙学中,这将有助于理解我们测量的东西。我们不测量星系之间的空间,那我们能做什么?我们测量了遥远星系的光线,结果显示它们有有序的红移。一个简单的方法就可以描述这个过程,时空划分的使用可以让计算和解释变得更容易,也有了描述星系间膨胀的空间。
所以,答案很简单:随着宇宙膨胀,宇宙中任何束缚物质都不会膨胀。来自遥远星系的光向红端移动,这意味着那些遥远的星系正在逐渐远离我们的地球。如果用时空划分的方法,宇宙中的物质保持静止,然后宇宙中的物质密度降低,不需要援引广义相对论就可以解释。
按照上面的说法:我们的时空不一样,所以宇宙真的在膨胀,我们人类不会膨胀,因为我们是束缚物质,也许我们还在压缩!
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