宇宙的半徑

來源: 龍珠雷達於 2012-04-11 10:23:31 [檔案] [舊帖] [給我悄悄話] 本文已被閱讀：次 (2734 bytes)

宇宙膨脹的速度：

由WMAP測量的宇宙膨脹的速度是73.8 km/s/MPC, 其中1 MPC 是個距離的單位，等於3262000光年。這就是說，距離地球3262000光年遠的星體，退行的速度是73.8 km/s. 這個速度被稱為哈勃常數。距離越遠，星係退行的速度越快。比如說如果一個星體距離地球是2 MPC，退行的速度就是147.6 km/s...如果一個星係距地球足夠遠，則退行的速度將超過光速，不過這個和狹義相對論裏的光速極限並不矛盾，所謂的光速極限其實是有很多附加條件的，有時間單寫文章介紹。（請有興趣的讀者計算一下，如果星係的距離每增加1MPC,退行的速度就增加73.8km/s，那麽多遠處的星係退行速度達到光速。這一距離在天文學上被稱為哈勃距離。）

宇宙的年齡：

如果宇宙的膨脹速度始終如一，可以推算，大約在140億年以前，可視宇宙內的物質是集中在一起的。（有興趣的讀者可以計算一下，用3262000光年除以73.8 km/s等於多少年。這一時間長度在天文學上被稱為哈勃時間）。這個140億年則可以作為宇宙的年齡。實際的計算並非如此簡單，因為其實宇宙不是一直以哈勃常數膨脹的。宇宙年齡的具體計算需要解Friedmann方程才可以。如果假設宇宙學常數（暗能量密度）不變，則最初的70億年宇宙在作減速膨脹，從70億年起，暗能量的密度大於物質的密度，宇宙開始做加速膨脹，在宇宙的最早期輻射為主計算方法也略有不同。巧合的是，宇宙膨脹的速度忽快忽慢，平均下來基本和哈勃時間差不多，大約是137億年。

可觀測宇宙的半徑：

宇宙有限的曆史，加上光速的有限，必然導致可觀測宇宙是有限的。我們能夠觀察的最遠宇宙，並不是簡單的用光速乘以宇宙的年齡，還要乘一個尺度因子。假設137億年前某個天體發出的一束光，現在進入我們的實現，則光子已經傳播了137億光年，與此同時，空間自身也在膨脹。在宇宙學裏，人們把消除了空間膨脹影響後的距離叫做“坐標距離”,而身在宇宙中看到的距離稱作共動距離。顧名思義，共動距離是最宇宙一起膨脹的距離。之間的比例換算係數叫做“尺度因子”。這個正是RW度歸中的那個a(t)。在物質占主導的宇宙中，尺度因子和時間的2/3成正比。如果把哈勃距離乘以這個尺度因子之後沿時間積分，得到的距離大約是460億光年。這一長度被稱為視界，即我們能觀測到的最遠距離。每過去一年，視界就會增加一段距離（請讀者思考一下，這段增加的距離是不是一光年）。

宇宙的拓撲結構：

可觀測宇宙的外麵，仍然有物質，隻不過他們發出的光至今還沒有傳到地球來。宇宙的整體拓撲結構必須滿足羅伯遜－沃爾克度規。其中包含三種可能的結構：正彎曲，負彎曲和平直。正彎曲意味著宇宙的總體積有限，而負彎曲或平直則以為著無限的空間。究竟宇宙的拓撲結構是哪一種，需要由觀測來確定，這個現在還沒有結論。根據WMAP的觀測結果，宇宙的密度非常接近臨界密度，即時空結構非常接近平直。這也是暴脹理論所預言的必然結果。但是準平直畢竟不是平直，究竟是正彎曲的還是負彎曲的，WAMP的結果還不能說明問題。現在知道的是，即使宇宙是正彎曲的，直徑也至少是可視宇宙的10倍以上，而且這個數字還是由於儀器的分辨率造成的，隨著分辨率的增加，這個數字還可能更大。