宇宙年齡只有140多億年,寬度卻有920億光年,這不是一個明顯的悖論嗎?

吳謀


不是悖論。宇宙膨脹速度上限不是光速。膨脹只是空間膨脹,不涉及物質能量和信息傳遞,不違反相對論。

根據觀測,宇宙無論從哪個方向觀測,都是均勻的。根據推理,必須假設宇宙在誕生那一瞬間就膨脹到很大的程度,即宇宙暴漲學說。暴漲期空間膨脹速度是遠遠超過光速的。

什麼是宇宙暴漲理論?

宇宙暴漲理論指出,在早期宇宙有一段持續時間非常短的快速膨脹的過程,該理論能夠解釋宇宙大爆炸理論(Big bang theory)所不能解釋的一些難題。例如,當今宇宙為何呈現出高度的各向同性。



tank72


光速是個極限,任何速度超不過。按照宇宙大爆炸學說,宇宙是一個奇點爆炸產生,宇宙物質的擴散速度應該不超過光速。所以,如果宇宙年齡140億年,那麼按光速擴散的宇宙邊界不應超過140億光年。


走過童年的河


這並不是悖論,而是宇宙膨脹的結果。

首先按照大爆炸宇宙模型,我們宇宙的年齡大約為138億年,並不是題目所說的140多億(這個數據是很久前的了,已經過時),其次所謂的920億光年的寬度,指的是可觀測宇宙的直徑,這是一個球狀宇宙,以地球為中心,畢竟從名稱也可以看出,是以觀測為前提的。

我們知道宇宙膨脹已經成為了一個可觀測的事實,正是如此,才導致了宇宙年齡138億歲,而可觀測的半徑達到了460億光年(即920億光年直徑)。

在宇宙誕生初期,大約38萬年左右,第一批能夠自由傳播的光子出來了,也就是咱們現在所說的宇宙背景輻射,按照道理說,因為宇宙年齡不過138億歲,因此這些光子走過的距離也應當是對應的光年,但因為宇宙膨脹的關係,當初的光源也在跟著空間移動。

可以想象這幅畫面,光子在往前跑,而光源卻因為宇宙膨脹在往後退,於是當138億年過去了,光子被地球人接收,而當初的光源現在卻距離地球約460億光年。

那麼可觀測宇宙之外又是什麼呢?很簡單,還是宇宙,不過我們並不能觀測到。但按照宇宙學原理來說,可觀測宇宙實際上有無數個,宇宙空間任意一點都可以作為可觀測宇宙的中心,並且看到的宇宙在大尺度上是相同的。

綜上所述,宇宙年齡138億歲,而可觀測宇宙的直徑卻有920億光年,並非悖論,而正是由於宇宙膨脹導致的。

期待您的點評和關注哦!


賽先生科普


年是時間,光年是距離,別以為只有你懂。但宇宙是從原點爆炸擴張,時間上最多擴張140億年。此時,在光速為最快的情況下,宇宙的邊界距離為280億光年。故,題主提出疑問…何來的920億光年距離?

諷刺說題主的人,請好好審題!


玉林麼麼茶


首先,光速是宇宙中最快的速度這句話是正確的,至少是當代科學界的共識,有人總說你怎麼知道沒有比光更快的速度,這是抬槓,每一項科學結論只要在理論上成立,實驗上證實,就可以作為科學研究的依據,併成為大家探討問題的基礎和前提,否則,只會陷入桃谷六仙般的夾纏不清當中。

其次,光速是最快的速度不假,但不是最快的現象,這兩個概念一定要搞清楚。舉個很簡單的例子,陽光照射到冥王星需要4-6個小時(按軌道位置不同),但我的念頭只要一閃就到了。這就需要區分,這個算不算速度,答案是不算,因為你不能傳遞任何信息。能否傳遞信息,是區別速度和現象的重要依據。

最後,光速最快不假,宇宙的寬度大於140億光年也不假,因為一種是速度,一種是現象。哈勃太空望遠鏡觀測到,宇宙正處於膨脹狀態,且距離我們越遠的星系,其退行的速度越大,而只要距離我們超過4300萬秒差距的星系,離開我們的速度就已經超過了光速,我們看到的他們,也只是億萬年前的影像,他們註定要消失在我們的視野,宇宙也終將陷入一個個宇宙孤島的局面,所以,《三體》中才有“光錐之內即命運”的說法。

所以,如果對這個說法還無法理解的朋友,可以去買一本汪潔老師的《時間的形狀——相對論史話》耐心仔細看看,畢竟這種比較深奧涉及知識較多的問題,不是靠今日頭條這種茶館聊天式的媒體能夠搞清楚的。

最後,奉勸年輕的朋友,玩手機刷頭條有暇,也要多看看書喲。


玉郎江楓21044727


覺得你不應該被冠以文化領域創作啥的,一個是時間單位,一個是長度單位


鏡花水月明鏡止水


其實這並不是什麼悖論,而是題主誤解了宇宙大爆炸和相對論。

宇宙的年齡和大小

根據宇宙大爆炸理論,宇宙目前的年齡約為138億年。宇宙最初從一個無限小的奇點膨脹而來,目前的寬度可達930億光年。由此可見,宇宙的膨脹速度已經遠超光速。

但相對論又指出,有質量物體的運動速度不可能超光速,而膨脹宇宙中的星系退行速度肯定超過了光速,這是一個明顯的悖論嗎?究竟是相對論錯了,還是宇宙大爆炸理論錯了呢?

事實上,哪個理論都沒有錯,並不存在悖論。而且宇宙實際寬度遠超930億光年,宇宙之大超乎想象。即便宇宙膨脹速度遠快於光速,也不會與相對論矛盾。

宇宙膨脹究竟是怎麼回事?

奇點最初並不是在空無一物的空間中,宇宙最初沒有空間。隨著時間的推移,宇宙不斷膨脹,空間自身變得越來越大,宇宙膨脹其實是空間結構自身在不斷增長和擴張。

空間結構在每一處都會膨脹,導致空間中的星系會被互相拉開,星系之間被迫互相遠離而去。並且遠離速度會隨著距離的增加而變大,因為距離越遠,空間在單位時間內擴張得越多。

關於空間膨脹現象,我們可以通過氣球來簡單解釋。如果我們不考慮氣球的內部和外部,把氣球表面視作空間結構。在氣球表面上畫一些點,以此表示星系。假設當氣球膨脹時,每過一秒,原來1米的距離會變為2米。

隨著氣球的膨脹,表面上的每個點都會遠離其他點。如果A點與B點之間相距1米,那麼,1秒後,它們相距2米,它們之間互相遠離的速度為1米/秒。如果A點與C點之間相距2米,那麼,1秒後,它們相距4米,它們之間互相遠離的速度為2米/秒。以此類推,當兩個點之間的距離達到30萬千米時,那麼,1秒後,它們相距60萬千米,它們之間互相遠離的速度為30萬千米/秒,這已經超光速了(真空光速為299792458米/秒)。

雖然氣球上的點本身並沒有動,但氣球膨脹會讓點與點之間的距離逐漸變遠。只要兩個點的距離足夠遠,它們就會以超光速遠離彼此。

宇宙膨脹可以超光速,不受相對論限制

宇宙膨脹也類似於此,星系超光速退行是由空間本身膨脹所致,而空間的超光速膨脹不會受到包括相對論在內的任何理論的限制。因為空間不是物質,也不是能量,空間能以任意速度膨脹。根據目前的哈勃常數來計算,只要目前宇宙中星系之間的距離超過140億光年,由於它們之間空間的快速膨脹,它們之間互相遠離的速度就會超過光速。

正因為如此,即便宇宙才誕生了138億年,但宇宙的半徑能夠遠超138億光年。另外,直徑為930億光年是可觀測宇宙的大小,這是我們在地球上所能看到的宇宙範圍。因為空間在超光速膨脹,而宇宙的存在時間和光速都是有限的,所以我們只能看到有限大小的宇宙。據估計,宇宙的實際寬度可能高達數十萬億光年,還有更大的宇宙是我們目前所無法觀測到的。


火星一號


我不是學習物理的,但也喜歡考慮這個問題。我一直有一個猜想(也許早有理論,也許是空想),就是宇宙爆炸是物質是低能量態到高能量態的過程,爆炸中心是提供能量的源泉。也許不可視宇宙比可視宇宙大得多,大爆炸的能量使物質躍遷到可視狀態,有了今天的可感知的宇宙。就像透明的空氣,我們感知不到,但有了白霧,就感知到了。光速是可感知宇宙最快的,但在不可感知宇宙中,低能量態物依然受宇宙爆炸(或宇宙爆炸前就己進行)影響進行能量傳遞(擠壓),到達一定能量值,也會有可感知高能量物質產生,形成物質(星系)。好比水面上,投一個石子,水波動了附近的樹葉(大爆炸直接產生的星系),也會傳波動了遠方的樹葉(通過低能量物質傳遞累加產生的星系)。所以,除了膨脹的原因,或許存在低能量物質經過能量累加躍遷的情況,由於能量(大爆炸和壓力)中心相同,呈現相同的運動狀態,所以,宇宙的產生,不一定都是從爆炸點光速傳遞的,也有能量傳遞後,在旦某些點躍遷產生的。個人愚見,見笑。


楓凌


宇宙年齡只有140多億年,寬度卻有920億光年,這不是一個明顯的悖論嗎?還真不是。

地球來源於138億年前奇點的大爆炸,在極短的時間內向外噴發出無比巨大質量的物質和能量,逐漸形成了宇宙空間和組成宇宙的各種星體。上世紀20年代,美國天文學家哈勃通過長期天文觀測,發現距離地球越遠的星系,它們發出電磁輻射形成的可見光譜線,向紅端移動的幅度就會越大,由此提出了星系距離與紅移成正比的哈勃定律,證實了宇宙在逐漸膨脹的事實,目前宇宙膨脹理論已經成為天文界的主流觀點。

至於宇宙膨脹的驅動力到底為何,多年來科學家們始終找不到合理解釋。後來越來越意識到,肯定有我們觀測不到的物質和能量,在推動宇宙星系做出現有物理理論解釋不了的運動特徵,宇宙膨脹就是其一。其中,暗物質只提供引力作用,推動星體及星際物質逐漸靠攏聚集。而暗能量提供“排斥力”,推動宇宙整體向外膨脹。



藉助於ΛCDM冷暗物質模型,和普朗克衛星測得的一些天文參數,人們對通過哈勃常數計算出的宇宙年齡進行了修正,最終結果為137.7—138.1億年之間,這就是宇宙自誕生之日到現在的年齡。

科學家們在計算哈勃常數時,是通過計算百萬秒差距(即326萬光年)處,星系遠離我們的速度約為每秒67.8公里,把這個常量定義為哈勃常數。再通過計算,在可觀測宇宙範圍的半徑465億光年處,宇宙目標星系遠離我們的速度達到了光速的3倍多。

宇宙的膨脹其實是空間的膨脹,從地球或者其它固定的地方作為觀測點,遠處的膨脹就會帶有累積性。幾千萬年前可以到達地球的光,由於宇宙的膨脹,光達到地球的路程就會不斷加大,從而使所需要的時間變長。目前可觀測宇宙的邊界為以地球為圓心半徑465億光年,根據科學家測算結果,其實那個地方最早發出的光,是距離地球4200萬光年處發出的,本來光4200萬年可以走完的路,最終需要465億年。

不知道小夥伴們明白了嗎?宇宙的年齡和可觀測宇宙範圍有一定聯繫,但從數值代表的含義看也有區別,根源就在於宇宙的膨脹。至於可觀測宇宙之外是什麼,還是宇宙,因為邊緣宇宙擴張速度已經遠遠大於光速,理論上我們或許永遠不能知道它的樣子了。


優美生態環境保衛者


這個提問深度還挺大,隨便想一下是無法解答的。

一般人第一眼看到提問就自以為是的想到了光年和年,是2個不同的單位,完全沒有好好審題,下面是我轉載的解釋…:

由於沒有什麼物質能超越光速,而宇宙又是誕生於138億年前的大爆炸,宇宙的直徑理應不會超過276億光年,而為什麼可觀測的宇宙直徑卻達到了920億光年呢?

為了解答這樣一個問題,先來打個形象的比方。

你站在路上拍一張照片,是一條很長很長的馬路,長到你在大晴天都沒法看到馬路的盡頭。

這是一條非常特殊的馬路

那麼考慮這樣一種景象,在你精確1米的前方有站一位人,後方精確1米處也是站著一位人,同樣的每個人的前後方向1米處都站著一位人,沿著這條馬路無限排開。

這裡又來想象下這條道路是這樣的:

想象下道路是不斷的向兩邊膨脹擴張,你可以看到你旁邊的人逐漸離開你,但是他們不是行走或移動,他們是站在原地不動,是由於道路在向前延伸擴張的緣故。

讓我們把你稱為人0,你前面的人稱為人1,後面的稱為人-1,之後以此類推,這樣就類似於數學上的數軸:

現在,以你為中心,當人1看起來似乎是遠離你(即人0),這只是由於你與他之間空間的膨脹導致的。人1雖然是在遠離你,但你是否看到人1和人2有接近到一起了嗎?

人1和人2之間經歷的是相同的空間膨脹,就如同你(人0)和人1一樣的。實際上,所有站在路上的人都經歷了一樣的膨脹過程。那麼經過一次每個間隔空間1米的膨脹,現在每個人的位置膨脹到距離原來2米遠的地方,當然這個過程人都是站在原地不動,只是馬路在膨脹而已。

所以,現在人1距離你2米,比原來的增加了1米。但是這時看下人10!在膨脹前人10距離你10米,而現在一次膨脹之後離你變成了20米,比原來的增加了10米!原先距離越遠的人,現在就離得更加的遠。換種說法就是,距離越遠的人,在同一時間內遠離你的速度也越快!(儘管整個過程人始終都是站在原地不動的)

那麼,現在再來想象一輛車在這條路上行駛到你這邊。——當汽車出發向我麼這邊行進,目的地的距離是已知的。當汽車到達,我們注意到旅程已經太久!——為什麼?

因為隨著汽車的前進過程中道路是在一直不斷的膨脹。

更重要的是,當車距離我們很遠時,即便車的速度最快,它也不會到達我們這邊。因為距離越遠,空間膨脹的速度就越快,比汽車的最高速度還快。所以如果我們能夠觀察到這車(當然我們是看不到的),實際上它看起來會遠離我們,儘管它是向我們這個方向前進。因為道路膨脹延伸的速度已經是遠快過於汽車的最高速度了,所以我們與車之間的距離反而會越來越大。

那麼,回到我們所要回到的問題上:

當光經過138億年(這個也就是宇宙的年齡)的旅行,那麼當然它會向前行進138億光年(光年是天文單位,即1光年為以光速走一年的距離)的距離,那麼在這138億年間發射這道光線的物體也是一直在遠離我們的。

因此,約460億光年是目前可觀測宇宙的半徑(即宇宙的直徑約為920億光年),但這道光只走了138億年,即宇宙的年齡是138億年,膨脹的是宇宙空間本身。


分享到:


相關文章: