如果宇宙大爆炸以超光速膨胀,那这么多年我们看北斗七星为什么依然在那里?

暖色调111


宇宙大爆炸至少在两个时间段是超光速膨胀的。

一个是在大爆炸刚开始第一秒之前,发生了一次暴涨,这个暴涨超过了光速很多倍;一个是现在,根据测得的哈勃常数值,宇宙膨胀还是超过光速3倍多。

至于这两个时间段的中间宇宙膨胀有多快,还有没有过暴涨阶段,目前尚无定论。

这两个膨胀都是有翔实的科学观测数据或者数理逻辑建模的,不是随便说说的。正因为宇宙超光速膨胀,我们138.2亿年的宇宙年龄,可观测直径才会达到930亿光年。

我们宇宙还有一个不可观测宇宙,这个不可观测宇宙有多大,目前科学界还无法给出答案。

宇宙大爆炸学说经历了100多年的讨论,理论体系日趋成熟,且有越来越多观测证据实验数据支撑,而且这个理论可以完美的与各种宇宙现象相契合。

由此大爆炸宇宙论是目前解释宇宙运行状态最好的理论,已经成为科学界公认的标准宇宙理论。

科学家每个发现或者理论出台,都不是随便说说,而是有大量翔实的数理逻辑论证或者观测数据支撑。现在有一些人莫名其妙的否定大爆炸理论,这些人对相关专业知识一知半解甚至毫无认知,仅靠拍拍脑袋就随便否定科学界的一些重大发现和理论。这种人最典型的表现就是不尊重科学,甚至反智反科学。

我说这话肯定有很多人不服气,会暴跳如雷,会恶毒咒骂。时空通讯做科普反正被骂得也麻木了,对于一些毫无素养又大言不惭,还自以为聪明的“井上蛤蟆”,且出言不逊的人,觉得实在没有沟通的余地,就一律拉黑。在此先行奉告,你走你的阳关道,我过我的独木桥,走好,不送。

那么为什么宇宙膨胀超过光速,我们看到的星空却千年不变呢?下面时空通讯就来和愿意接受科学知识的人讨论一下这个问题。

前面说了宇宙膨胀经历了一次暴涨,这就是大爆炸刚开始10^-36 秒~10^-32秒之间的暴涨期。也就是从宇宙大爆炸开始后的0.000000000000000000000000000000000001秒开始,到0.00000000000000000000000000000001结束,就在这么连“一瞬”都谈不上的时间里,宇宙经历了2^100次加速,已经达到原先尺寸的10^30倍。这是一个怎样惊人的暴涨?要比光速快多少倍?数学好的可以算一算,如果先前宇宙为1毫米的话,经过这个暴涨到了多大?当然暴涨前的宇宙有多大,科学界尚无结论。

但这个暴涨我们只能意会,却看不见。因为宇宙过了30万年才发出第一缕光,这30多万年宇宙膨胀大了多少,还无法知道。这是宇宙第一个视界,即过去视界,是第一段不可观测宇宙,这个视界内的情况目前还无法弄清。

现在的宇宙还在以超光速膨胀,这是科学界测得的哈勃常数认定的。

哈勃常数就是根据哈勃定律测量出来的宇宙膨胀速率值。2013年欧洲航天局宣布了普朗克卫星测量结果,当时最新的哈勃常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc。

这个数值的含义就是宇宙中的星系离开我们的速度,每远326万光年(百万秒差距),就每秒增加67.8公里,正负误差为0.77公里。这个数据根据距离而平均递增,这样可以算出我们可观测宇宙半径465亿光年远的星系,离开我们的速度就达到了每秒96.7万公里,是光速的3倍多。

这个结果是基于宇宙观测证明,宇宙膨胀是各向同性,均匀膨胀。

所谓宇宙膨胀各向同性和均匀膨胀,就是说不管从哪个方向看,远方同距离星系都是以同样的速度离开我们,而且越近越慢越远越快呈现均匀增速膨胀。

这就说明我们宇宙没有中心,就像一个气球(简单比喻,实际比这复杂很多),气球小时,所有星系挤在一起,随着不断膨胀,各自星系都在互相分开,互相远离,越远的离开得就越快。

我曾经用插竹竿来比喻宇宙膨胀速度的叠加。每隔1米插一根竹竿,插100根竹竿,最近的那根竹竿距离我们有1米,最远的那根就距离我们100米。宇宙膨胀就是每根竹竿都互相同时分开,每根加大1米距离,距离我们最近的那根竹竿就距离我们有2米,而最远的那根竹竿距离我们就有200米了。

宇宙膨胀就速度就是这样计算的。哈勃常数测量宇宙的竹竿为326万光年1根,465亿光年就需要插14263.8根竹竿,每根之间每秒加大67.8公里,距离我们最远的那根就达到每秒96.7万公里了,光速每秒为30万公里,达到了光速3.22倍了。

最近,科学界对哈勃常数又进行了更精密的测量,调整了误差,这个数值又增加了9%,说明宇宙膨胀速度还不止这么快呢。

这又牵涉除了宇宙年龄问题,这不属于本文讨论的范围,就此打住。

上述宇宙膨胀速度说明,所谓宇宙超光速膨胀是指宇宙整体膨胀超过了光速,也就是宇宙这个“气球”表面整体膨胀叠加超过了光速,并不是每个星系相互离开超过了光速。这样我们就可以根据哈勃常数,很简单的算出每1光年的膨胀速度为:每秒只有20厘米左右。

而我们肉眼能够看到的漫天恒星,最远的几千光年,最近的4光年。绝大多数恒星距离我们都在一二百光年左右。

北斗七星距离我们多数都在七八十光年,最远的124光年,平均距离约87光年。根据哈勃常数,这个距离膨胀速度为每秒17.4米,每年就是约55万公里。1光年距离为9.46万亿公里,按照每年膨胀速度为55万公里计算,需要约1720万年才移动1光年。

这就是说要1720万年北斗七星的移动变化在我们看来才有1/87,这种移动凭我们的肉眼在短期内或者几千年内能够看出来吗?

当然实际上恒星的移动并不只是宇宙膨胀的移动,尤其近距离恒星或者星系,主要还是引力和运行规律导致变化,实际上比膨胀带来的变化大得多。所以北斗七星的形状在10万年间就会有较大变化。这个问题时空通讯在过去有过阐述,有兴趣者可以前往查看。

所以我们要正确理解宇宙整体膨胀和宇宙尺度近距离星系恒星变化的关系,这样才能够更好的理解大爆炸理论。另外还需要说明的是,宇宙膨胀是空间的膨胀,这个速度不受光速藩篱限制,并没有影响狭义相对论光速是宇宙中最高速度、凡具有静止质量的物质都无法达到光速的结论。


我们还要弄清宇宙尺度为465光年半径只是指可观测宇宙,而不是整个宇宙 。

前面说过宇宙有一个过去视界,我们观测不到;现在宇宙依然高速膨胀,必然导致有一些最遥远星系的星光永远传不到我们的视线,也就是说有一部分宇宙永远不会被我们观测到。这就是所谓宇宙的未来视界。

过去视界和未来视界组成了不可观测宇宙,这个不可观测宇宙我们无法知道有多大,所以整个宇宙到底有多大,目前还蒙在鼓里。

但有一点是肯定的,这个宇宙是动态的,是有限的,这个结论自从相对论出世和发现宇宙膨胀以来就确定了,这个结论是以否定经典静态无限宇宙论为前提的。

时空通讯专注于老百姓通俗的科学话题,欢迎大家都来探讨。


时空通讯


解答区有小朋友把宇宙大爆炸理论说成是“骗局”,立即让提问者给出一个大大的赞。这位朋友是4个小时之前答的,现在是早上5.00,凌晨一点钟,他解答问题,说“宇宙大爆炸是现代骗局”,而在至少凌晨一点钟之后,这位提问者立即给他点了一个大大的赞。由此可见,第一,提问者在凌晨一点钟之后还没有休息,第二,哪怕是凌晨一点钟以后,他依然要坚持给点一个赞,第三,让点赞者热衷于点赞的解答,是民科们很喜欢说的“宇宙大爆炸不存在/是骗局”这句话。

“宇宙大爆炸”当然不是十全十美,但她是迄今为止最好的解释。即使退一万步,假设有一天把“宇宙大爆炸”学说的观点全部否决了,她也不是骗局,而是一个过时的理论。以太被现代物理学否认了,但是我们从来没有说以太学说是骗局,她依然是科学历史上一个重要的阶段性假说,也有其贡献,属于人类智慧的产物。“宇宙大爆炸”也是很多年来逐步建立的一个科学假设,有一系列的证据支持,比如宇宙背景微波辐射,氢的丰度,红移现象等等,是通过镜像反推出来的。想证明她是错误的,需要你拿出截然相反的证据出来。

此外,我还要提醒一句:

如果“宇宙大爆炸”学说她是一个骗局,你通过简单的思考就能得出的“结论”,那些科学家们比你聪明多了,他们比你早研究一个世纪,他们会看不出?还用得着你在这里叫喊?

解答者说,现代有四大骗局,即宇宙大爆炸,多重(平行)宇宙,11维度空间,时间穿越。看来,他除了否认宇宙大爆炸,认定为“骗局”,把平行宇宙,11维空间,时间穿越都定义为“骗局”了。平行宇宙无法证伪,属于哲学概念,但哲学并不是骗局,只是一种猜测。平行宇宙来源于数学上的推导,而且是推导的必然结果。你无法说她一定是骗局。11维空间来源于超弦理论,比平行宇宙要靠谱一点,虽然同样在目前无法证伪,也是数学推导出来的,但至少给出了实验验证的方法。至于时间穿越,可靠度介于平行宇宙和11维空间之间。这些都有一定的理论基础,虽然还无法得出结论,但是你不能说它们都是“骗局”。

至于问北斗七星为什么没有变化。其实,这样简单的问题随便了解一下就知道答案,没必要去问民科。因为你的提问假设的基础就是错误的。北斗七星的位置一直在变化,只不过发生显著的变化需要很漫长的时间。在未来,它们之间的相对位置会变化的面目全非。为什么从地球上的观察角度看,它们的形状看起来总是保持大体上的不变?这是因为它们距离地球很遥远,太阳系也在移动,但是速度很慢,而北斗七星本身在空间中的运动速度也不快,既然大家都移动的相对的不快,置身于宇宙如此大的背景下,这使得北斗七星相对于太阳系的位置在很长一段时间内不会有显著的变化。但随着大尺度时间的推移,北斗七星的变化会越来越大。



还有人会说,既然是宇宙大爆炸,应该所有的星系或者恒星都在彼此不停的远离开来,为什么银河系和仙女座会在未来还会发生接触呢?如果从整个宇宙的宏观角度看,我们可以把宇宙想象为一个装满了萤火虫(星系)的玻璃瓶,让这个玻璃瓶远离我们,这个类似宇宙大爆炸。但是玻璃瓶之中的萤火虫们会互相发生位移,并不一定是完全的互相远离。


怀疑探索者


如果宇宙大爆炸以超光速膨胀,那这么多年我们看北斗七星为什么依然在那里?

对于这个话题中最关键的因素有几个,第一是宇宙膨胀,第二则是为什么宇宙膨胀会超过光速,第三则是超过光速膨胀的宇宙中,北斗七星居然一直在那里指引着方向?我们可以从这三个方面来简单讨论下这个原因!

一、宇宙膨胀

其实宇宙诞生于一场暴涨的证据挺多的,其中微波背景辐射就是重要的一个证据,当然我们并不打算在这个话题上浪费大家的时间,因为我们只要讨论宇宙膨胀以及相关结果!我们从所有的观测事实中都可以了解到遥远宇宙的天体都在以及高的速度远离而去,而速度可以用天体红移值可以计算出来!

而从可见光波段观测到134亿光年外的GN-Z11则几乎是光学望远镜能观测到的极限,因为在往外就红移到电磁波段了,哈勃已经无能为力了(詹姆斯韦伯能观测部分红外波段)!

从上世界二十年代以来宇宙膨胀就已经被发现,经过将近一个世纪的多种方法以及设备的观测,基本确定为70KM/S/MPC,当然上图中是比较典型的几个观测数据,在未取得统一之前(当前主要采用2015年普朗克卫星的67.8KM/S/MPC为主),MPC为百万秒差距(约326万光年)!

二、宇宙膨胀为什么会超过光速?

其实我们要说的是宇宙膨胀从来都没有真正超过光速,而是空间膨胀的累积,如上文,宇宙膨胀的速率是67.8KM/S/MPC,即宇宙在每隔326万光年的距离上速度增加67.8KM,其意义是在下一个326万光年的膨胀速度依然是67.8KM/S,但对于初始观测者来说,它的速度就是67.8KM/S×2!

那么宇宙在什么位置会在第一个观测者看来超过光速离去呢?

L=326万光年×(299792.458KM/67.8)=1441479.96万光年

即约:144.1亿光年外,在地球上的观测者看来,那个位置正在以超过光的速度远离,但它们和邻近的的第一个326万光年处,膨胀速度依然是67.8KM/S!

三,超光速的宇宙膨胀中,北斗七星为什么一直在那里?

首先我们来了解下,北斗七星距离地球约多少光年!

上图是北斗七星跟地球之间的距离,如果按宇宙膨胀计算,100光年的距离上膨胀速率大约会增加0.0021KM/S,这个速度即使跑上十万年也只能跑出6558714110KM,即:6.5亿千米,地球到太阳的距离是1.5亿千米,到木星的距离大约是6亿千米,而在100光年的距离上增加6.5亿千米,我们根本就看不出来!

当然您可能会说,宇宙存在了100多亿年,如果按此计算距离也是很可观的!但事实上在白万光年这种宇宙尺度内,引力仍然占了上风,尽管空间在膨胀,但星系仍然会受到引力的约束而各自发挥,比如仙女星系正在以每秒超过110KM的速度向银河系靠拢,将会在30亿年后到达银河系!

而在银河系内部就更不用讨论宇宙膨胀这种概念了,因为银心黑洞以及核球处大量恒星的质量效应,使得银河系上千亿颗恒星都在围绕银心公转,而相互之间的速度差常年累积后则会有些许变化,但这在短时间内是看不出来的!必须要将时间拉长至数万年才能看到!

但这恒星的位移并不是宇宙膨胀所致,而是环绕银心公转过程中,天体之间的速度并不同步所致!就像我们每天晚上都能看到的流星,就是速度差或者轨道交叉导致的!


星辰大海路上的种花家


宇宙就是一个普通的四维空间 宇宙是时间和空间的统一,它没有开始,也不会结束。 我们的宇宙是一个充满物资的无限空间,根本没有所谓的真空,我们所说的暗物质就是我们现在的手段和技术有限暂时还无法看到的普通物资,它是宇宙空间的沃土,我们看到的星球·星云就是生长在这片沃土上的生命体。我们抬头看见的星光绝不会平白无故就进入我们视线,没有任何物资的真空我们是什么也看不到的,我们每天感觉到的太阳能量也不会无缘无故传到地球,只是我们现在的能力有限暂时无法解释而已。 我们的宇宙是一个充满生机的物资世界,我们每天看到的满天星光就是生长在这片沃土上的生命,它们也和宇宙中的万物一样,有生也会有死,它们从云雾中来,最后又回到云雾中去,这是宇宙中万物的自然演变规律,绝不是人为能改变了。 现在有一种说法,说恒星死亡后变成了能吸食万物的黑洞,这完全是一种自欺欺人的说法,这好比中国神话传说中的人死了之后变成了无所不能的神仙·妖魔一样,这又是一本变了种的神学。前段时间我们看到的所谓黑洞照片,就是人工合成的宇宙蜃楼,连光都不放过的黑洞也历历在目了。星体演变到最后看不见不是它变成了黑洞,而是变成了一堆耗尽能量的星体残渣了。 爱因斯坦相对论就是在一定假设条件下才成立,相对相对,没有相对物,相对论一文不值。宇宙学中时空扭曲·时间变慢就是在宇宙是有限无边的前提下得出的,有限无边也不是什么宇宙学了,变成了区域论了。 宇宙是万物的总称,人们看到的·听到的都是空间中的自然现象,人们制造出的各种仪器,其可行性都是在一定范围内,超出了这个范围就变成了人类的玩具了。就像医生手里的仪器,在一定距离内能测出你的身体情况,超出这个距离就不知道你是谁了。哈勃望远镜看到的也是它力所能及范围内的自然现象,看到的也是哈勃本性的宇宙,决不是现实中的宇宙,你把哈勃望远镜放在宇宙的任何一个地方,所看到的都是宇宙在膨胀。现在人们看到的星系也只不过是物资运动形成的一个自然现象,星体就是由空间物资聚集到一定程度的产物,这都是由自然规律决定的,其行星·恒星·红巨星等就是它演变过程。任何物体的质量都不会无线增加,所以任何物体怎样变化都不会形成黑洞,黑洞只是理论上的计算出结果,在现实中根本就没有。 光速只是理论是的计算,现实中没有永恒不变的东西,也不会有无质量的物体存在,我们现在得出的任何结果都是在一定假设条件下才能成立,没有一定的假设,任何理论都是一纸空文,没有张三,哪来的李四。黑洞·白洞·虫洞都是人们理论上的向往,霍金就是一个梦幻家。 在茫茫宇宙中,物资每时每刻都在变化,偶然和必然密不可分,谁也离不开谁,这是宇宙万物的基本规律,仪器本身没有错,只是人的思维方式出了问题。星体演变到后期并不是变成所谓的黑洞,它只不过是变成了失去光芒的星体残骸,你到跟前什么都看见了。现实世界中,物资不会无缘无故的消失,也不会平白无故的产生,它们只能相互转化,大如星球,小如分子其本质都是一样的,白矮星·红巨星不过是星体的一点余火。

我们的宇宙就是一个生机昂然的空间,所谓暗物质就是孕育生命的土壤,星体就是这片土壤中生机勃勃的无机生命体,你看的陨石·小行星带等只不过是星体死后的残渣碎骨。 宇宙的万物就是一个生命过程,有机生命和无机生命都是一样,我们人类在浩渺空间里不值一提,没有什么前提条件,是自然而然孕育而生,是大自然在特殊条件下的产物,没有人类,宇宙还是宇宙,地球还是地球,一切还会一如既往的向前发展。


海阔天空125


宇宙大爆炸以超光速膨胀是什么意思?读起来怪怪的,题主想问的是,宇宙自大爆炸以来,宇宙以超光速膨胀,为什么多年以来北斗七星依然在那里?


其实这样的问题还是有问题。

首先,你不用怀疑宇宙大爆炸的科学性,我看到有人回答宇宙大爆炸学说是谎言,这个理论是很多观测证据的证明的,认为是谎言的给我拿出1万字的观测数据和理论论证,我再看看你的证明对不对。

其次,宇宙以超光速膨胀不完全准确,宇宙的膨胀服从哈勃定律,超光速膨胀的地方,是距离观测中心(比如我们地球)460亿光年之外的地方。换句话说,在460亿光年之内的可观测宇宙,宇宙的膨胀速度都属于亚光速。


亚光速就是低于光速的的速度(0-299792458m/s),具体距离我们多远的宇宙膨胀速度有多快,用哈勃定律就能给出。

哈勃定律:哈勃定律:v=HD,其中HD,这个公式指的是距离我们地球HD,其中HD,这个公式指的是与我们地球距离为D的地方,空间的膨胀速度为v,其中的H为哈勃常数。总之,这是一个正比例函数,意味着距离我们越远的地方,宇宙相对于地球的膨胀速度越大。

说到这里,答案其实很明了了,北斗七星不过是分布在银河系里的几颗恒星,它们与我们地球的距离,都在几百光年到几千光年,这么短的距离,宇宙的膨胀速度并不快,远低于光速。

另外,银河系受空间的膨胀,理论上会有“散架”的趋势,但自身的引力效果在如此的小尺度里,是可以抵消空间的膨胀效果的。

所以,北斗七星的依然会在那里,它们本身就和我们同属于银河系这个集合体。


挡不住的熵增


题目的上半句就有问题,说宇宙超光速膨胀是不正确的,应该是在一定范围之外的宇宙,正在超光速膨胀,毕竟按照哈勃定律,膨胀速率(河外星系的退行速率)是随距离呈正比的,大约在140亿光年以内,宇宙膨胀并没有超光速。

其次,再说为什么北斗七星这么多年来位置并未发生明显的变化。

很简单,因为北斗七星都属于银河系以内的恒星,而且距离地球的距离不过100光年上下,这同哈勃常数给出的标准相差甚远(每隔约326万光年,膨胀速率增加大约70公里每秒),100光年处的北斗七星,由于宇宙膨胀,而导致它们以每秒2米的速率远离地球。

而且这种尺度上的宇宙膨胀速率并不会对天体的运动产生主导性的影响,要知道相距数百万光年的银河系和仙女星系还会大约在38亿年后相撞融合呢!

最后再说一句,人类在地球夜晚能肉眼看到的星星只有数千颗而已,并且大部分距离地球的距离都在一两千光年以内,相比于20万光年直径的银河系,我们能看到的范围其实很小。

↓北斗七星、前十万年和后十万年的变化↓

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赛先生科普


仅依人类短短的有文字的记载就已知:四五千年中,北斗七星的相对位置就已经发生了较大的变化了。若再按计算机的推算,更可以看到万年前的北斗七星和万年后的北斗七星将会有着更加巨大的变化了。怎么会没有变化呢?


长安借东风63583187


多看书你就会明白,少看鸡汤网文。


感谢仰望星空的人


什么是恒星?在地球上的观察看来,发光的星星位置总是不变,才称为恒星,如果宇宙膨胀,那么恒星的位置是不断改变的,可是从古到今,恒星的位置始终没有改变,说明宇宙并没有光速膨胀。


永动机45


北斗七星与人类文明的进步有关,千万不要反解星光。


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