为什么宇宙只有138亿岁,直径却有920亿光年?

丑小吖



普朗克卫星的数据将宇宙年龄精确到了138.2亿年,目前的可观测宇宙也就是哈勃体积直径为930亿光年,也就是以地球为中心半径465亿光年的球形空间,迄今为止我们看到的一切天体都在这个范围内。

需要明确的是930亿光年只是人类可观测宇宙的大小,这个范围之外还有庞大的未观测宇宙,只不过碍于光速限制那里的光还没有飞到地球上来。

现代宇宙学认为138.2亿年前的那场大爆炸使得宇宙空间本身出现了超过光速的暴涨,甚至直到今天我们的宇宙仍然在加速膨胀之中,由于这种空间膨胀是不受相对论制约的,因此可观测宇宙才能变得这么大。

狭义相对论中的质能方程只约束了静止质量不为零的物体,宇宙空间本身的膨胀完全可以无视相对论制约,确切的说相对论只能约束空间内的物质而不是空间本身。

在可以预见的未来,星系之间的距离会因为空间膨胀而越来越大,理论上如果宇宙一直膨胀下去的话就会出现大撕裂现象,也就是说空间膨胀的力量将撕碎每一个原子从而彻底的毁灭宇宙。


宇宙的年龄和大小并没有什么必然的关系,就好像一个人的年龄和身高体重没有必然关系一样,现在15岁的孩子都能长到一米八了。


宇宙探索未解之迷


大爆炸理论目前最主流的宇宙模型,认为我们的宇宙诞生于大约138亿年前的奇点大爆炸,随后宇宙不断膨胀,到现在可观测宇宙的直径至少已达920亿光年。

宇宙才诞生138亿年,可观测宇宙的直径怎么就能高达920亿光年呢?岂不是违背了爱因斯坦的相对论?这是一个让很多人感到困惑的问题。

实际上,要弄明白这个问题,关键在于弄明白宇宙膨胀的一个要点——宇宙膨胀并不是宇宙在空间中膨胀,而是空间本身在膨胀。

而相对论中所谓的光速是宇宙中最快速度,指的是物体在宇宙空间中的运动速度无法超越光速。

也就是说,相对论中的光速限制对宇宙空间本身的膨胀而言是无效的,宇宙空间的超光速膨胀并不违反相对论。尤其是在暴涨时期,宇宙的膨胀速度达到了不可思议的程度——宇宙空间几乎一瞬间就在线性尺度上至少膨胀了10的26次方倍。

所以,尽管宇宙才诞生138亿年,但空间本身的超光速膨胀使得可观测宇宙的直径高达920亿光年。

若要问宇宙空间的膨胀为什么能超光速,最好的答案或许是——

The universe itself can do whatever the hell it wants to do !翻译过来就是宇宙他妈想干嘛就干嘛!


三体迷


简单说,因为宇宙一直在超光速膨胀,所以宇宙的直径会达到920亿光年,而宇宙年龄只有138亿年!

按照相对论的观点,光速不可超越,宇宙138亿年的时间即使以光速膨胀,直径也只有138亿光年,但实际直径远远超过138亿光年!

实际上,光速不可超越爱你不是绝对的,是有前提的,这个前提就是任何具有静质量或者携带信息的物体都无法超越光速,言外之意,只要不是这两点都可以尽情地超越光速!

而宇宙膨胀实际上就是空间的膨胀,虚空的衍生,空间膨胀本身不传递任何信息,所以可以超光速膨胀,这种超光速主要体现在更大尺度,比如星系之间,甚至星系团之间,小范围内比如我们的地球和太阳系很难体现出来,还是引力占据统治地位!

具体是如何膨胀的呢?举个形象的例子,有三个人,甲乙丙,乙以10米每秒的速度远离甲,丙以10米每秒的速度远离乙(同一个方向),那么丙远离甲的速度就是20米每秒,而且人数越多,最后一个人远离第一个人的速度就越快!

当然这只是一个形象的理解方式,现实中我恩无法做到如此的运动方式,但空间的膨胀确实可以做到!所以可以超越光速很多倍!


宇宙探索


答:这是宇宙膨胀理论,利用哈勃定律计算出来的,不一样的原因主要是因为宇宙在膨胀。

这里面有几个误区:

首先900多亿光年,指的是我们目前可观察宇宙的直径,并不是宇宙的真实直径。

假如宇宙是不膨胀的而是稳定的,宇宙从诞生到现在都是一样的直径,那么宇宙年龄就应该和当前的可观测宇宙直径一样,因为我们能观测到最远的距离,就是宇宙年龄对应的光传播的距离。


但是目前的宇宙学模型告诉我们,宇宙是膨胀的,所以遥远的光向地球传播而来时,这个光子已经走过的路在发生膨胀,所以我们能看到的最远距离的光,比如138亿年前的光,它在138亿年前的位置,已经发生了膨胀,所以这个距离要远于138亿光年,根据哈勃定律算出来就是900多亿光年。

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艾伯史密斯


138亿年、绝对膨胀不了930亿光年的范围、也就是138亿年、爆炸出来的星星飞不了半径465亿光年那么远、因为爆炸后、星星是四面八方像烟花那样子散开分裂的、所以,、

我们可以理解为一个星系星团各自爆炸了一次或者几次、那么就无需强求138亿年星星飞465亿光年的距离了、因为实在飞不了那么遥远、

我们理解一个星系星团各自爆炸了一次、还好解谜团、比如银河系中心爆炸了一次、狮子座爆炸了一次、其它星系各自爆炸了一次、银河系爆炸出来的星星在银河系、狮子座爆炸出来的星星在狮子座范围、这样子的解释稍微满意吗?

138亿年前、太阳和地球在银河系中心由于爆炸、被分裂分散开来、经过138亿年的飞行、我们才飞到距离银河系中心2.5万光年的距离位置!

计算下、2.5万光年的距离、138亿年的时间、求得飞行速度!因为感觉138亿年也只能飞2.5万光年了、哪里能飞几百亿光年、除非是光速的几百倍、但是科学家没发现公转那么快的宇宙天体!!包括流星、、


太阳系长兼地球名誉球长


关于这个问题,有些人可能会这样反问:“为什么小明只有15岁,但身高却有1.8米?”会这样问的人,其实是完全不清楚宇宙演化是怎么回事。

相对论告诉我们,任何物体的运动速度都不能比光速更快,这意味着年龄为138亿年的宇宙,当年从奇点开始膨胀至今的半径不应该超过138亿光年。然而,事实上,宇宙的范围远远比这个更大,仅可观测部分的半径就有465亿光年,而不可观测部分可能高达十几万亿光年。那么,这究竟是怎么回事呢?

为解答这个问题,需要知道宇宙是如何变得越来越大。宇宙变大源于空间本身的不断膨胀,而不是宇宙在一个无限空间中不断变大。空间不断无中生有,这就会使得宇宙越变越大。相对论限制物体在空间中的运动速度不能快于光速,但不限制空间本身扩张的速度超过光速。

想象一下,假如随着空间膨胀,每隔一秒距离增加一倍。那么,原先1米的距离在空间膨胀后变为2米,膨胀速度为1米/秒;原先10米的距离在空间膨胀后变为20米,膨胀速度为10米/秒;原先100万千米的距离在空间膨胀后变为200万千米,膨胀速度为100万千米/秒,这已经远超过光速。正是由于空间的持续膨胀,宇宙才在138亿年里膨胀到如今巨大的规模。


火星一号


这问题对于很多人最大的困惑,无非是138亿年,930亿光年,以及光速三者之间似乎存在无法理解的矛盾。

我们很多人都疑惑:宇宙的半径=宇宙年龄×光速,得出的直径272亿光年,这样求出的直径不对吗?

为什么宇宙直径不是272亿光年,而是920亿光年?

这样的矛盾,其实是我们对宇宙的膨胀根本没有实质性的理解。

下面,请身临其境地想象我给你的草地,你会理解宇宙怎么个膨胀法了。

272亿光年的宇宙怎么膨胀的?

272亿光年的直径,实际上只是一种宇宙边缘不断扩张的结果。

这如何理解?

这相当于你站在一个足球场的中心,你按特定的速度走向边缘。

把你离开中心开始走动的那一刻类比宇宙大爆炸,大爆炸的中心就是你足球场的中心。

从你到足球场边缘的过程中(宇宙膨胀),整个足球场的草地始终不动(比如一棵小草和另一个棵小草的距离始终保持不变),走到某一处边缘(宇宙的边缘),假如你测得你距离你离开的足球场中心距离为d=13.7米。

这样类比得出的宇宙,就是宇宙空间本身并不膨胀,只是它的边缘在扩张。

920亿光年的宇宙如何膨胀?

还是同样的足球场,你还是以同样的速度走向原来的边缘,如果足球场的草地仍然是静止的,那么当你走到上次的那个边缘,你距离足球场的中心仍然是同样的距离d=13.7米。

但是假设你第二次去走这个足球场的时候,球场中心有一个能用脚踩的按钮,这个按钮被你一开始踩在了脚下,只要你开始走动,按钮就会弹起(宇宙大爆炸)。

这个按钮能使整个草地扩张(宇宙膨胀),而不只是边缘扩张(原来的两棵小草间的距离变大了)。

假设这个草地的“动”,还是赶不上你的脚步,你最终走到了你第一次的那个边缘(宇宙的边缘),那里也多出了一个脚踩的按钮,你踩住了它,草地停止了“动”。

这时候,你测量一下你离足球场的中心,距离可就不只是d=13.7米了,很可能是另一个d=46.0米。

这个就可以类比整个宇宙都在膨胀。

结语

这样一个很贴近现实的例子,我觉得能解答你的疑惑了。

实际上,我说的那种草地的“动”,类比宇宙的动,就是宇宙空间本身的膨胀,这个膨胀在整个宇宙都在发生。

包括你的身体,你的左耳朵和你的右耳朵距离在变大,你左边的眼睛和右边的眼睛距离也在变大……只是这种效应在宇宙的小尺度上太微小了。

为什么我们会观察到星系在远离我们?事实上,星系并没有动,是空间膨胀,拉开了我们之间的距离而已。

这种宇宙的“动”,在天文学上有专门的一个一个名词描述,即共动,它对应的距离,就叫共动距离。


上面箭头的红方框地方,就是我们现在的宇宙。

科学新视野


如果按照欧洲航天局公布的普朗克卫星在2013年的观测数据,宇宙膨胀的哈勃常数是67.80±0.77(km/s)/Mpc,以此推算宇宙年龄是147亿年(是哈勃常数的倒数)。

所谓可观察宇宙就是人类子孙后代一直观察下去可观察到的宇宙规模。

根据宇宙大爆炸理论,宇宙大爆炸瞬间是超光速膨胀的,因为宇宙大爆炸瞬间的光,被所谓的等离子汤掩盖,对光是不透明的,在这段时间光穿不出来,所以按哈勃常数反推,宇宙规模显然超出宇宙的年龄的。

这段时间的暴涨的宇宙体积不能按常规系数推测,超出人类认知的物理规律,完全不确定。所以根据大爆炸理论,宇宙规模可能超出宇宙年龄不知道多少倍,这个数字人类目前难以预料。

如果是在宇宙大爆炸后到现在,宇宙停止膨胀、也不收缩。那么宇宙可观察半径可能就是任意的光年,超出人类预知范围。

但是,宇宙大爆炸在形成现在的宇宙规模后,人类观察发现宇宙依然在快速膨胀,膨胀速度与距离成正比 ,这数字就是宇宙膨胀的哈勃常数。

现在支持这个理论的科学家认为宇宙膨胀速度可以不受超光速的限制,所以按照这个推理,人类以后能观察到的比远处147亿光年更远的星球物质是在不断远离我们,他们越远越有可能超出光速,如果这些可观察星球物质,一旦超出光速,那么这些星球物质的光就永远到不了地球了,所以我们人类实际的可观察宇宙半径是有限的。

这个距离就是根据距离和速度的光速平衡点等数据推算的。半径465亿光年就是这样推算出来的。

就是说等到大约318亿年后,人类可观察的宇宙规模会达到峰值。就是465亿光年远的星球也能被人类观察到。但是过了大约318亿年后,假设宇宙仍然一直在膨胀,那么可观察宇宙就会开始变得越来越小,等到某个时候,最后会只剩下地球自己,连月亮也会看不见。



维度开拓者


我想我们每一个人都很想知道我们身处其中的宇宙究竟有多大,又究竟存在了多少年,宇宙到底有多大?到底有多少岁?这是人们都爱问的问题。

我相信可能很多人当同时被告知宇宙的年龄为138亿岁而宇宙的直径有930亿光年时可能会发出这样的疑问:“这么说不是自相矛盾的吗?”按照我们常人的理解,我们的宇宙是在一场大爆炸中诞生的,从大爆炸到今天已经过去了138亿年,这是因为科学家们发现大爆炸产生的光子,经过了长达138亿年的飞行,最终被我们发现了,但是与此同时,科学家们又在告诉我们,宇宙的直径可能足足有930亿光年,那么这到底是怎么回事呢?

其实这里提到的宇宙的直径,应该是指的是可观测宇宙直径,也就是说,以地球为中心的话,可观测宇宙的半径有465亿年。这么一说倒是有点奇怪了,科学家不是一直告诉我们,宇宙中最快的速度就是光速,那么大爆炸之初产生的光子,飞到现在不也就经过了138亿年吗?也就是说,大爆炸产生的光子,距离我们最远是138亿光年,所以按道理来说,我们可观测的宇宙半径,应该就是138亿光年,而不是465亿光年。

为了解释这个问题,科学家提出了宇宙膨胀的概念,我们的宇宙最初从一个奇点经过热核爆炸后就一直处于极速膨胀的状态,而且膨胀的速度也是越来越快。实际上,现在宇宙的膨胀速度,已经超过了光速,尽管光子飞行的时间是138亿光年,它却能跨越465亿光年的维度,这都是因为宇宙膨胀导致的。宇宙膨胀的速度虽然超越了光速,但是这并没有违背相对论,因为宇宙膨胀本身是不传递信息的,所以跟一般的物体运动是不同的概念。



有一点需要搞清楚的是,我们说到的宇宙的可观测半径为465亿光年,这并不意味着我们真的可以通过望远镜看到距离地球465亿光年外有什么,我们能够用望远镜看到的最远距离,就是138亿光年。可观测宇宙,简单来说就是以观测者为中心所能观测到的宇宙范围。测量宇宙的可观测范围,那当然不能真的用望远镜观测,实际上这个数据是计算出来的,科学家通过测量宇宙微波背景辐射粒子的红移量,计算出了宇宙的可观测半径。不过呢,在这个范围之外到底是什么呢,是宇宙还是不是宇宙,这倒是一个困扰科学家很多年的问题。


镜像科普


问题的关键在于,忽略了宇宙的整体膨胀。

先来说说宇宙年龄的测定:

对于宇宙年龄的精确测定,首先还要感谢来自于美国的两位科学家,威尔逊与彭齐亚斯,1964年,他们俩在改造地面天线系统时,意外的发现了宇宙微波背景辐射,后来俗称3K辐射,简称CMBR。

什么是宇宙微波背景辐射,可以看做为婴儿宇宙时期的第一缕光线,当时的宇宙温度稍稍降低,空间稍稍变大,光线得以传播,亦可以称之为宇宙大爆炸的余晖。

所以,只要精确的描绘出宇宙的背景辐射,那么便可以精确的测定年龄,经过了几代望远镜的努力,终于将宇宙年龄更精确的测定为138.2亿岁。

再来说说为什么可观测宇宙直径为930亿光年:

对于观测范围的测算,需要人类接收到来自于更遥远宇宙深处的光线,通过对光的红移值,以及哈勃发现的星系红移,以及之后得出的哈勃常数、哈勃定律、退行速率,便可以得知人类接收到的最遥远的光线的光源,现在它究竟距离我们多远,也就是共动距离。

可观测宇宙的半径465亿光年就是得出来的共动距离,何谓共动距离,简单点说,随着宇宙的快速膨胀,它们之间的距离会迅速变大,并且,按照哈勃常数来看,在距离地球很远的地方,那里的星系随空间膨胀远离地球的速度超过了光速(并不违背相对论。)

所以,宇宙的直径才变得如此之巨大。