为什么宇宙膨胀速度高于光速(既然宇宙的膨胀速度超光速)

为什么宇宙膨胀速度高于光速(既然宇宙的膨胀速度超光速)(1)

观测结果显示,宇宙在某种意义上是在超光速膨胀。然而,地球并没有和太阳分离开来,而是一起以差不多目前的状态共存长达数十亿年。至于原因,这与引力以及宇宙是怎样膨胀有关系。

宇宙的膨胀方式是空间结构的扩张,空间自身增加了,这必然就会导致空间中的天体被互相拉开。对于距离越远的天体,空间膨胀效应会越显著,这使得它们会以越快的速度互相退行。空间如同气球表面,气球膨胀之后,气球表面上原先静止的点会互相分离,并且距离越远的点在单位时间内分开的距离也会越远。

为什么宇宙膨胀速度高于光速(既然宇宙的膨胀速度超光速)(2)

从目前的研究来看,宇宙整体膨胀是非常均匀的,哈勃常数可以描述宇宙的膨胀速率,其数值约为70(千米/秒)/百万秒差距。对于相距一百万秒差距(即326万光年)的天体,它们因为空间膨胀而导致互相远离的速度会是70千米/秒。如果相距100亿秒差距,即326亿光年,退行速度将会达到70万千米/秒,这个速度已经达到了光速的2.3倍,远超过光速,这就是所谓的宇宙膨胀超光速。但天体本身在宇宙中的局域速度是远低于光速,退行速度超光速是由空间膨胀所致,与狭义相对论不存在矛盾。

另一方面,如果天体之间的距离只有一秒差距,即3.26光年,那么,它们之间的退行速度只有7厘米/秒。而如果距离为1天文单位,那么,空间膨胀导致天体退行的速度仅为0.34微米/秒。

为什么宇宙膨胀速度高于光速(既然宇宙的膨胀速度超光速)(3)

也就是说,空间膨胀效应在小尺度下十分微弱,只有在大尺度下才会出现显著的空间膨胀效应。由于地球和太阳之间的距离很近,并且它们之间存在相当大的引力作用,这足以使地球和太阳之间的距离不会变远。

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