专栏名称: 宇宙解码
宇宙起源,黑洞,虫洞,多维空间,相对论,量子力学,地外文明,迷失古迹,不解之谜,科技前沿。
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宇宙膨胀是怎么来的,没有量过,怎么知道?

宇宙解码  · 公众号  · 科学  · 2025-02-09 19:11

正文

宇宙的膨胀速度是每100万秒差距70公里每秒钟,100万秒差距是一个距离单位,相当于326万光年。

这种膨胀方式是非常惊人的,在单位尺度上、单位时间的均匀膨胀,会随着时间的延长变成指数膨胀,因为膨胀出来的那一部分又会继续膨胀。

第1秒钟1米变成2米,第2秒钟2米变成4米,第3秒钟4米变成了8米。所以宇宙是在加速膨胀,只要距离足够远,膨胀的速度会远远超过光速的N倍,乃至于接近无穷倍。

这个秒差距中的秒也不是时间的秒,而是角秒。1个圆周是360角度,1角度60角分,1角分60角秒。

宇宙的膨胀速度,准确,不是任何人能够想得出来的,也不是通过理论推倒出来的,而是通过测量算出来的,也可以说它是一个直接的测量成果,所以非常可靠。

当然宇宙这么大,是没有办法拿着皮尺、卷尺去测量星系之间的距离的。

所以要得到宇宙膨胀的速度,首先要知道星系离我们有多远,然后要知道它的运行方向,然后才能测量它的速度。

▍如何测量宇宙深空的距离?

我们知道,如果一个100瓦的灯泡离我们一米远,和离我们100米远,我们看到的亮光肯定是不。用这个原理,可以用光的明暗来测量恒星距离远近。

宇宙空间中并没有这样的标准的100瓦的灯泡,所以我们要有一个恒星的亮度标准,这个标准就叫做星等。

星等也是用具体的数值来表示的,这个数值越小,星亮度等级越高,一等星就比二等星要亮。

那么,怎么知道一个发光的恒星到底是几等星呢?

如果这个恒星离我们距离近,它发光高,我们可以把它的星等上调,如果离我们距离远发光低,我们可以把它的星等下调,所以这又变成了一个死循环。

这个时候,科学家发现了一种特殊的恒星,会光变,被称为造父变星。

造父变星具有不依赖于距离远近,可以通过其变化测量的绝对星等。

▍什么是造父变星?

最简单说,造父变星就是一种特定的周期性光变恒星。

但是这一类的恒星光变的原因,并不是因为内部的核反应发生了变化。

而是因为内部的核反应,加热了恒星外层气体,让这些气体周期性膨胀、收缩。

气体膨胀会吸热,吸热以后温度下降,光辐射减弱,所以造父变星在它膨胀到最大的时候最暗淡。

一旦温度下降到光辐射压支撑不住外层气体继续膨胀的时候,恒星外侧气体层就会在引力的作用下收缩,而压缩是一个加热的过程,这个时候恒星的亮度就会增加。

当造父变星的体积缩小到最小的时候,它的亮度是最大的。

而且,这个光变周期T和表示恒星亮度的星等之间,有严格的数学关系。

所以,我们就可以通过测量造父变星的光变周期来计算恒星的星等。

其实太阳也是一个有微弱光变的恒星,只是它的光变非常的小,只有0.1%,所以我们肉眼看不出来。

这下就解决了所有的问题,我们只要找到一颗造父变星,测量一下它的光变周期,马上就可以计算出它的绝对星等。

然后,根据绝对星等对比观察看到的视星等,就知道这颗星的光线暗了多少。由此就可以反算出这颗恒星距离地球的距离。

但是这还没有完,我们还要知道这个恒星对于地球的相对运动是什么。

这个时候,我们就需要一种通过测量波长改变来测量速度的手段,叫做多普勒测量。

▍什么是多普勒测量?

如果一列火车驶向我们的时候,它发出鸣笛声音会变尖,它远离我们,发出鸣笛声音会变低沉。

尖锐的声音,波长短频率高,低沉的声音,波长长频率低。

也就是说,波源发出的任何一种波,包括声波、光波,对于观测者的相对运动速度,在观测者测量波长的时候会发生变化,这就是所谓的多普勒效应。

测量波的频率改变,就能够得到相对运动速度。

▍测量宇宙空间的膨胀。

通过测量遥远星系造父变星发出来的光的亮度,就能知道距离远近。

测量光的频率,就可以知道光源相对于地球的运行速度。如果是红移就是远离地球,蓝移就是靠近地球。







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