整个宇宙在不断膨胀,星系彼此之间的分离运动也是膨胀的一部份,而不是由于任何斥力的作用。
但是问题来了?宇宙到底是因为什么在膨胀,而且速度越来越快?我们是不是也会随之膨胀呢?
膨胀的空间结构意味着星系离我们越远,其远离我们的速度就越快。 地球邻近的时空受太阳和其它天体引力影响而发生弯曲,它是构成可观测宇宙较大区域的一部分,在这个体积范围内,空间结构出现膨胀。 我们并未观测到空间的真实结构,仅是宇宙物质和辐射。 图中顶部是宇宙物质,中部是放射线,底部是宇宙膨胀过程中不断变化的宇宙常数。 图中是室女座超星系团中各种星系群聚集在一起,在较大范围内,宇宙是均匀的,但是当你观察星系或者星团时,超密度和低密度的区域占据主导,而宇宙则显得非常不均匀。据国外媒体报道,自上世纪30年代,科学家就知道宇宙开始膨胀,但是我们是否也随之一起膨胀,这是科学家经常提及的问题。通常人们的自我意识会认为宇宙不会膨胀,而是宇宙任何事物逐渐收缩,我们如何区分其间的差异性呢?
如果宇宙处于膨胀之中,那么我们是否也会膨胀呢?目前,专门研究量子引力和高能物理的理论物理学家萨宾·霍森菲尔德(Sabine Hossenfelder)撰文对这一观点进行深入分析。他指出,采用数学方法或许是最佳解答方案,但是该问题很难通过一系列方程式进行解答,因此这是一个概念性问题。
萨宾指出,理解宇宙膨胀的第一条线索是空间-时间广义相对论,而不是空间广义相对论,正如1908年科学家赫尔曼·明科夫斯基(Herman Minkowski)所说的:“从今以后,空间就是空间,时间就是时间,只有两者保持一个独立现实体,否则它们将在阴影中逐渐消失。”
第二条线索是必须从科学测量角度进行解答,至少原则上是这样的。我们无法观测空间,也无法观测空间-时间之间的关系,我们仅能观察空间-时间如何影响物质和辐射,我们通过探测器能够进行测量。
第三条线索是广义相对论中的“相对性”,这意味着每位观测者可以选择自己所描述的空间-时间关系,虽然每个观察者的计算结果都不相同,但他们会得出相同的结论。
基于以上三条重要线索,将使我们更深入地洞悉宇宙膨胀状况。宇宙学家采用“弗里德曼·罗伯森·沃克模型(该模型以发明者命名)”描述宇宙,基本假设是空间充满物质和辐射,它们在每个区域和方向都具有相同密度。正如术语所描述的,它具有均匀和等向性,这种假设被称为“宇宙原理”。
虽然该宇宙理论最初仅是一个貌似真实的假设,同时也获得了证据支持。在大比例尺度上,物质确实分布在宇宙每个区域。但很明显的是,在较短距离范围,例如:银河系内部,银河系是一个盘状结构,多数质量聚集在中心隆起部分,这些物质质量并非均匀分布。因此“弗里德曼·罗伯森·沃克模型”并不适用描述此类星系。
这是一个关键点,如果忽视它,将会混淆宇宙膨胀的起源论,描述宇宙膨胀的广义相对论方案可以解释爱因斯坦方程式,但它仅适用于较大的宇宙空间。但是描述星系的方法是不同的,一种方法认为宇宙不会膨胀,宇宙并非不知不觉地膨胀,而是根本不会膨胀。完整描述宇宙膨胀的解决方案是——在非膨胀星系之间膨胀空间。目前基于其数学复杂性,该解决方案仅是通过计算机模拟获得的结果。
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