宇宙正在膨胀扩大。遥远的星河正在向四面八方离我们远去。我们自然而然会猜想,真的是所有物质都在膨胀吗?银河在扩张吗?那么太阳系或者甚至是在地球上的物体是怎样的呢?原子也在膨胀扩大吗?
不是的。唯一在扩张的物质只是太空本身。想象宇宙就像是烤箱中的正在膨胀的长条葡萄干面包。当面包在烘焙时,它向四面八方拉伸拉长——即为太空。但是那些葡萄干不会长大,他们只是在面包不断膨胀的时候被带离得远离对方。
太空膨胀来自大爆炸和暗物质能量的加快。但是存在于太空中的物质,例如行星,恒星,星系依旧是保持原来的大小。随着太空扩张,它使星系互相越离越远。在我们的角度看,我们看见星系正向四面办法远离。星系离得越远,他们运动得越快。
图解:表示宇宙中不同能量密度组成比例的饼图,根据与观测最相符合的ΛCDM模型,有95%的成分都以充满奇异性质的暗物质和暗能量形式存在。
但是也有一些例外。仙女座星系确实在向银河靠近,并且在大约四十亿年后会与我们相撞。因此,银河和仙女座之间的引力十分大以至于它在地方水平上克服了宇宙的扩张力。
图解:描述宇宙膨胀的艺术构想图,其中横坐标表示宇宙演化的时间,而对应的空间尺寸(包括想象中的不可观测部分)都用相应的圆横截面表示。左端表示在暴胀时期发生的急速膨胀(注意不成实际比例),而当宇宙演化到中期时开始加速膨胀。而微波背景辐射的形成、恒星形成、星系形成以及WMAP的出现都在相应的时间上表示出来。 图片来自2006年的WMAP新闻发布会。
在银河系内,重力将恒星维系在一起,太阳系也同样如此。使原子聚在一起的原子能量在其所在范围内比扩张力大。这种情况会一直持续下去吗?或许不会的。
几十年前,天文学家们认为宇宙正在扩张是因为大爆炸留下的动力。但是随着1988年暗物质的发现,天文学家们意识到这是宇宙的未来的另一种可能性。或许这种正在加速的暗物质能量会随着时间推移增多。
在亿万年后,这种膨胀的压力可能会克服维系星系在一起的引力。最后它可能会变得十分强大以至于恒星星系,行星甚至会影响它自己四分五裂。未来宇宙会形成大裂口。如果这是真是的,在遥远的未来,恒星行星甚至原子之间的空间将会扩大。
图解:星系之间的空间正在扩大-摘自:NASA/HST
这种事会发生吗?天文学家们不知道。他们的最佳的观测到目前为止不能排除这种可能,也不能证明它。所以未来的观测和太空任务将会尽力去计算暗物质能量的扩张速度。
所以不是的,在地方水平上是没有扩张的。行星和恒星之间的空间是没有增长的。只有互相没有引力作用的星系之间的距离正在增加。因为太空本身就正在膨胀。
宇宙的膨胀扩大就是宇宙中相隔遥远的两部分之间的距离随着时间的增加。它是一个内在的本身的扩张不管太空本身改变到多大。宇宙不会膨胀到进入任何事物,也不会要求太空存在于它之外。严格来说,既不是太空移动也不是太空中的物质移动。相反正是时空度量管理的尺寸和外观在改变规格。虽然时空内部的光和物质不能运行得超过光的速度,但是这个局限没有限制那个度量本身。对于一个观察者而言太空是正在膨胀的,并且所有最近的星系都正在渐渐远去。
在宇宙大爆炸后的大约10^-32秒内的膨胀时期,宇宙突然扩张,并且它的容积增加的至少10^78倍(距离上的扩大在每个三维规模上至少有10^26倍),相当于一个物体增大一纳米(10^-9米,大约一个DNA分子宽度的一半大小)在大约10.6光年(大约10^17米或者62万亿英里)大小的长度内。太空中的更加缓慢渐进的膨胀再此之后便一直持续,直到大爆炸98亿年之后(大约40亿年前),膨胀开始渐渐加快,并且至今仍然在持续如此。
参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3. universetoday-131
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