爲什麼宇宙只有138億歲,直徑卻有920億光年?

醜小吖


宇宙年齡只有138億年,但是直徑有920億光年,說明宇宙的平均膨脹速度是6.7光年/年,也就是光速的6.67倍。



很多人對此都感到奇怪,宇宙平均膨脹速度竟然這麼大,豈不是完全超光速了嗎?確實,宇宙膨脹的時候,是超越光速的。愛因斯坦的相對論認為宇宙內的物質,速度最高是光速。但是,這裡注意的是,相對論只針對宇宙內物質進行光速限制,而不能夠針對宇宙本身。宇宙是一個四維時空的集合,並不屬於物質的範疇,故而它膨脹速度完全可以超越光速。要知道,科幻小說中的曲速引擎,就是利用壓縮和碰撞時空實現的。



宇宙在奇點爆炸後不就,經歷過一次暴脹階段,在無窮小的時間段內直接導致了宇宙體積的巨大擴大,這個過程遠超光速。之後,宇宙膨脹加速度雖有所降低,但根據哈勃常數顯示,宇宙仍在加速膨脹,甚至邊緣地區的速度仍然是高於光速的。


PhD肖


關於這個問題,有些人可能會這樣反問:“為什麼小明只有15歲,但身高卻有1.8米?”會這樣問的人,其實是完全不清楚宇宙演化是怎麼回事。

相對論告訴我們,任何物體的運動速度都不能比光速更快,這意味著年齡為138億年的宇宙,當年從奇點開始膨脹至今的半徑不應該超過138億光年。然而,事實上,宇宙的範圍遠遠比這個更大,僅可觀測部分的半徑就有465億光年,而不可觀測部分可能高達十幾萬億光年。那麼,這究竟是怎麼回事呢?

為解答這個問題,需要知道宇宙是如何變得越來越大。宇宙變大源於空間本身的不斷膨脹,而不是宇宙在一個無限空間中不斷變大。空間不斷無中生有,這就會使得宇宙越變越大。相對論限制物體在空間中的運動速度不能快於光速,但不限制空間本身擴張的速度超過光速。

想象一下,假如隨著空間膨脹,每隔一秒距離增加一倍。那麼,原先1米的距離在空間膨脹後變為2米,膨脹速度為1米/秒;原先10米的距離在空間膨脹後變為20米,膨脹速度為10米/秒;原先100萬千米的距離在空間膨脹後變為200萬千米,膨脹速度為100萬千米/秒,這已經遠超過光速。正是由於空間的持續膨脹,宇宙才在138億年裡膨脹到如今巨大的規模。


火星一號


問題的關鍵在於,忽略了宇宙的整體膨脹。

先來說說宇宙年齡的測定:

對於宇宙年齡的精確測定,首先還要感謝來自於美國的兩位科學家,威爾遜與彭齊亞斯,1964年,他們倆在改造地面天線系統時,意外的發現了宇宙微波背景輻射,後來俗稱3K輻射,簡稱CMBR。

什麼是宇宙微波背景輻射,可以看做為嬰兒宇宙時期的第一縷光線,當時的宇宙溫度稍稍降低,空間稍稍變大,光線得以傳播,亦可以稱之為宇宙大爆炸的餘暉。

所以,只要精確的描繪出宇宙的背景輻射,那麼便可以精確的測定年齡,經過了幾代望遠鏡的努力,終於將宇宙年齡更精確的測定為138.2億歲。

再來說說為什麼可觀測宇宙直徑為930億光年:

對於觀測範圍的測算,需要人類接收到來自於更遙遠宇宙深處的光線,通過對光的紅移值,以及哈勃發現的星系紅移,以及之後得出的哈勃常數、哈勃定律、退行速率,便可以得知人類接收到的最遙遠的光線的光源,現在它究竟距離我們多遠,也就是共動距離。

可觀測宇宙的半徑465億光年就是得出來的共動距離,何謂共動距離,簡單點說,隨著宇宙的快速膨脹,它們之間的距離會迅速變大,並且,按照哈勃常數來看,在距離地球很遠的地方,那裡的星系隨空間膨脹遠離地球的速度超過了光速(並不違背相對論。)

所以,宇宙的直徑才變得如此之巨大。


一枚遊戲科幻迷


大爆炸理論目前最主流的宇宙模型,認為我們的宇宙誕生於大約138億年前的奇點大爆炸,隨後宇宙不斷膨脹,到現在可觀測宇宙的直徑至少已達920億光年。

宇宙才誕生138億年,可觀測宇宙的直徑怎麼就能高達920億光年呢?豈不是違背了愛因斯坦的相對論?這是一個讓很多人感到困惑的問題。

實際上,要弄明白這個問題,關鍵在於弄明白宇宙膨脹的一個要點——宇宙膨脹並不是宇宙在空間中膨脹,而是空間本身在膨脹。

而相對論中所謂的光速是宇宙中最快速度,指的是物體在宇宙空間中的運動速度無法超越光速。

也就是說,相對論中的光速限制對宇宙空間本身的膨脹而言是無效的,宇宙空間的超光速膨脹並不違反相對論。尤其是在暴漲時期,宇宙的膨脹速度達到了不可思議的程度——宇宙空間幾乎一瞬間就在線性尺度上至少膨脹了10的26次方倍。

所以,儘管宇宙才誕生138億年,但空間本身的超光速膨脹使得可觀測宇宙的直徑高達920億光年。

若要問宇宙空間的膨脹為什麼能超光速,最好的答案或許是——

The universe itself can do whatever the hell it wants to do !翻譯過來就是宇宙他媽想幹嘛就幹嘛!


三體迷


宇宙的年齡自古以來科學家就不斷在探索研究,不過最近這些年關於宇宙的年齡,科學通過宇宙微波背景輻射,觀測遙遠的超新星,宇宙的膨脹歷史,基本上可以確定宇宙的年齡是138億年,簡單的來說,宇宙從大爆炸開始到現在已經存在了138億年,而且現在科學家認為這個數字應該是比較靠譜的,假如我們現在所在的這個宇宙真的從誕生到現在已經138億年了,跟科學家公佈的宇宙直徑為什麼會有很大的差異?

按照常理來推算,宇宙誕生了138億年,那麼我們所觀測到的宇宙在直徑最大,不會超過276億光年,這是按照常理來推斷,應該也是比較靠譜的一種說法,可是我們實際所觀測到的宇宙直徑卻驚人的達到了920億光年,這跟我們所推測的276億光年,有很大的差異性。

那麼關於宇宙的這個年齡科學家究竟是怎樣推測出來的呢?最初科學家利用望遠鏡觀測對古老的星球上的鈾光譜,結果發現最早的應該是在125億年前,對於這個數字,科學家存在著很多不同的見解,最初認為宇宙的年齡應該是在這個數字到160億年之間。

關於宇宙究竟是從什麼時候開始,最終又會到什麼時候結束,這其實是宇宙給我們人類製造的最難解答的一個謎題,不過現在關於宇宙大爆炸論,已經在科學界得到普遍的認可,基本上大家已經默認宇宙應該就是在138億年前的大爆炸之後形成的。

假如宇宙的年齡真的是138億年,那麼另一個困擾大家的問題就是宇宙的直徑,按常理來說,宇宙的直徑應該是不會超過這個年齡的兩倍,可是現在所觀測到的920億光年又是怎麼回事呢?

在這其中就涉及到了一個光速的概念,光速可以說是宇宙存在的基本特性,要研究宇宙的大小以及宇宙的各種奧秘,其實都依賴於光速,光速在真空的環境之中,其速度應該是每秒186,282英里,當光經過138億年的旅行,那麼光就會向前進超過138億光年的距離,那麼這樣來說,這道光線到達我們這裡,其半徑最起碼應該在460億光年左右,那麼宇宙的直徑就最起碼要在920億光年以上。

這樣來說可能比較抽象,你很多人還不是很瞭解,這究竟是怎麼一個問題,其實可以這樣來理解,當我們兩個人並排站著,中間只有一米的距離,可是所佔的這個位置並不是一成不變的,而是不斷在向兩邊膨脹,拉伸距離,而拉伸的這個速度卻要比步行的速度更快一些,這樣雖然一個人向另一個人在不斷的走,但所得到的結果卻是兩個人之間的距離越來越遠,這就是宇宙膨脹的問題。

我們現在所處的這個宇宙也並不是一成不變的,而是不斷的在膨脹,宇宙的這個膨脹速度反而要比我們現在光的速度更快一些,所以我們並不能夠將宇宙的年齡跟你都在直線進行直接的對比,一定要考慮到宇宙的加速膨脹問題。

不過我們現在所觀測到的宇宙各個星系,並沒有違反了現在所知道的這些物理定律,也就是說在宇宙之中沒有任何的星系,比光速的運動速度更快,只不過是太空的每一個部分都在向外拉伸,這種拉伸並不是簡單的往外退,而是時空所有的星系,行星以及星球都是拉伸。

對於宇宙現在這種不斷膨脹的狀態,其實存在著負面的影響,如果這種擴張一直在持續,那麼我們能夠看見的宇宙的地平線將越來越小,最終物體之間的光將無法傳遞。就像是我們在地球之上,本來某一個東西在我們的眼前,但是由於中間的距離在不斷的膨脹,最終這些東西離我們越來越遠,甚至是超出了我們的視線範圍。

這些物體或者說宇宙之中的這些足夠遙遠的星系最終將消失,不過這些隨著宇宙膨脹,距離我們越來越遠的星系一般都是最古老的一些最初形成的星系,可能這些信息現在基本上都已經不存在了,或者說這些星系可能現在就已經不在我們的視線範圍之內。

所以關於宇宙的138億光年的年齡,其實就現在來說還是比較靠譜的,而關於宇宙的直徑為920億光年,這兩者之間其實是相對獨立的,並不能夠簡單的認為直徑就是年齡的兩倍這麼簡單。至於這個說法到底是不是靠譜 ,這還需要科學家的持續研究和探索。

感謝瀏覽,歡迎大家發表自己的看法!


三豐


答:這是宇宙膨脹理論,利用哈勃定律計算出來的,不一樣的原因主要是因為宇宙在膨脹。


這裡面有幾個誤區:

首先900多億光年,指的是我們目前可觀察宇宙的直徑,並不是宇宙的真實直徑。

假如宇宙是不膨脹的而是穩定的,宇宙從誕生到現在都是一樣的直徑,那麼宇宙年齡就應該和當前的可觀測宇宙直徑一樣,因為我們能觀測到最遠的距離,就是宇宙年齡對應的光傳播的距離。



但是目前的宇宙學模型告訴我們,宇宙是膨脹的,所以遙遠的光向地球傳播而來時,這個光子已經走過的路在發生膨脹,所以我們能看到的最遠距離的光,比如138億年前的光,它在138億年前的位置,已經發生了膨脹,所以這個距離要遠於138億光年,根據哈勃定律算出來就是900多億光年。


好啦!我的答案就到這裡,喜歡我們答案的讀者朋友,還有點擊關注我們——艾伯史密斯!


艾伯史密斯


從現在主流的宇宙標準模型上來講,宇宙存在6個時期:

  • 普朗克時期(0~10^-43秒);

  • 暴漲(10^-36~10^-33秒);

  • 重子不對稱性:重子多於反重子;

  • 大爆炸元素合成(10s~20mins);

  • 微波背景、宇宙黑暗時代;

  • 結構的形成:恆星、行星、星系等;


其中宇宙暴漲階段就是在極短的時間內10^-36~10^-33秒內,宇宙的線性尺度增加了10^26大。這是什麼概念?算一下就知道了,大概是光速的10^48到10^51倍,這是多麼恐怖的存在,光速我們平時都無法想象,跟別說超過光速的億億億億....倍了。

宇宙暴漲解決了如今宇宙中許多不可解釋的問題。其中最重要的是:

  • 宇宙在大尺度上密度的極端均勻,即視界問題。

  • 宇宙空間的極端平整。

  • 沒有磁單極的產生。

通過宇宙暴漲階段,讓宇宙快速成為一個直徑巨大的哈勃球。如今的可觀測宇宙為920億光年,隨著科技的發展,相信會有更多的理論得以技術支持,宇宙會更加龐大。

Mr生活家


因為這138億年裡,宇宙一直在膨脹。

我記得最新數值好像是半徑465億光年,直徑930億光年。這並不是宇宙的實際大小,而只是可觀測宇宙的大小,也就是說,宇宙實際上膨脹得比這更大。。。。至於有多大,現在好像還不知道,我也不知道為什麼算不出來( '▿ ' )我覺得應該可以算出來的( ’ - ’ )

至於為什麼膨脹得這麼大,這其實很好理解。在宇宙誕生初期出現一次瘋狂的暴脹,宇宙在極短時間內從普朗克尺度膨脹到宏觀尺度,(至於為什麼會膨脹,不知道=_=)暴脹結束後開始減速膨脹,而早期宇宙是超光速膨脹的,以至於任意兩點間都無法通過光速交流信息,這就產生了那個可觀測宇宙以外的不可觀測宇宙◐∀◐

然後重點來了,宇宙膨脹速度降低到光速以下,兩點間可以交換光子,然後恆星出現,發出的光開始射向遠方,而宇宙繼續膨脹。我們來把現在早期宇宙一個區域劃分為abcdefg........xyz(共25等份),地球是z,這個宇宙區域的邊緣是a,而中間的區域是等分的,每一份為一個單位距離,它們之間的膨脹速度也是相等的,假設當光子從a點的恆星發出,在1個單位時間後到達b點,這一個單位時間各點間膨脹1倍,這樣b-z的距離從24個單位距離變成24×2=48個單位距離,宇宙膨脹速度稍微變慢。大約又一個單位時間後,光子從b到達大約b-c間中點處b1,各單位距離間又膨脹了差不多1倍,b1-z距離膨脹為47×2≈94個單位距離.......如此下去。。。

你會發現,即使單位距離低於光速膨脹,a-z之間的距離也會超光速膨脹,你只需要把單位時間改為年,單位距離改為光年就好理解了。

本來想畫個圖的,太晚了,還是算了😄放張引力透鏡吧。


星宇飄零2099


根據2013年普朗克衛星所得到的最佳觀測結果,宇宙大爆炸距今137.98 ± 0.37億年。



這是地球在可觀測宇宙裡的位置,


銀河系的位置

一到無窮大

宇宙的形狀有可觀測宇宙跟全域宇宙的差別。可觀測宇宙原則上是宇宙的一部分,在觀察上受到有限的光速與宇宙年齡的影響。只能理解為,可觀測宇宙是以地球為球心,半徑930億光年(8.8 × 1026公尺)的球體,

如果可觀測宇宙的體積用西瓜來比喻的話,那麼光錐之外宇宙也許有火星那麼寬,這並不意味著宇宙是球狀的,避免產生宇宙的邊或者宇宙之外是什麼的問題出現。


芷銀河系


我們一直很好奇宇宙到底是什麼時候產生的?他的年齡有多大

探索宇宙, 是一個神秘的話題,但是我們在竭盡所能的認識我們存在於其中的宇宙,宇宙到底有多大了?

2007年,白矮星被天文學家們利用哈勃太空望遠鏡觀測到, 這是迄今為止所發現的最古老的星體。這一發現為確定宇宙年齡提供了一種全新的途徑。


據此科學家們演算出的宇宙年齡約為130億年~140億年。

這些古老白矮星是在一個名為m4的球狀星團中發現的,這個星團位於天蠍星座, 距地球7000 光年。經過分析,天文學家在美國宇航局的新聞發佈會上介紹說,這些白矮星的年齡 譽為120億年~130億年 白矮星被稱為測量宇宙年齡的理想“時鐘" ,因為它們是宇宙中早期恆星燃盡後的產物,隨著年齡的增長而逐漸冷卻下來。雖然藉助白矮星來估算宇宙的年齡, 就好比通過灰燼來推測一團炭火是什麼時候熄滅的一樣簡單。

但在實際觀測的過程中有很多需要克服的問題, 例 如白矮星會由於不斷冷卻而越來越暗淡。 “哈勃''太空望遠鏡的觀測能力在觀測m4 球狀星團的過程中發揮到了極限。由於被觀測到的這些白矮星光線極其微弱,亮度不及人眼所能看到的最暗星體的十億分之一, 因而觀測極其費力。


根據哈勃太空望遠鏡早先的觀測結果顯示,宇宙中的首批恆星, 最早可能是在誕生宇宙的大爆炸後不到10 億年間形成的。而新發現的白矮星前身就屬於宇宙的第一批恆星。

這一發現對推算宇宙年齡來說意義重大因此將首批恆星誕生的10億年考慮進去, 再結合對白矮星的最新觀察結果,天文學家推算出宇宙的年齡應該為130億年~140億年之間, 這與早先的 一些結果基本相符


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