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宇宙为何在膨胀?背后的原理是什么?
宇宙,能量,星系宇宙为何在膨胀?背后的原理是什么?
发布时间:2019-02-08加入收藏来源:互联网点击:
回答于 2019-09-11 08:43:50
1917年,爱因斯坦在利用广义相对论计算宇宙模型时发现,宇宙是在收缩的。为了让公式与人们一直认为的静态宇宙模型相匹配,他在公式里面加入了一个宇宙常数。
在1929年,哈勃通过观测河外星系发现,绝大多数的星系都在远离地球,从而得到了哈勃定理。哈勃定理告诉我们,离我们越远的星系退行速度越快。退行速度与距离之比是一个常数。
图:通过观测星系的光谱,与太阳的光谱对比,就能得到星系的速度。如同拍超速的雷达一样。图:距离越远
,远离速度越快。
爱因斯坦很快就接受了这个观测结果,并认为自己在公式里加入的常数是一个愚蠢的决定。哈勃的观测结果也导致了宇宙大爆炸模型的诞生:既然现在星系在远离,那么过去就一定很近。
图:大爆炸模型
,以外部分是不可观测的宇宙
天文学界一直都认为,宇宙膨胀速度会在引力作用下不断减速,对应上图的喇叭口会向内收缩。但由于当时的测量方法无法对过远距离的星系测量,所以还无法得出结论。
在1998年,天文学家利用一种特殊的超新星(Ia超新星,由白矮星吸积物质重新爆发引起)对远距离的星系测量后发现,宇宙膨胀并没有如大家认为的那样减速,还反而在加速膨胀。
宇宙加速膨胀的结果使科学家们意识到有一种没有被观测到的能量存在,它提供了让空间膨胀的动力。这个能量被命名为“暗能量”。
通过观测发现,在空间膨胀的同时,暗能量的密度保持基本不变。这是一个非常令人惊讶的结果,难道能量守恒定律要被重写?
能量守恒定律当然是正确的,它经受了无数实验的检验。对于暗能量的来源,现在普遍认为它来源于空间本身。就像松开的压缩的弹簧一样,弹性势能不断转换为动能。
由于空间不断的扩张,暗能量越来越多,它目前占宇宙的主导地位。
就目前的观测结果来看,宇宙的朝着“大撕裂”或者“热寂”的未来而去。
回答于 2019-09-11 08:43:50
题目暗藏了一个假设:宇宙从奇点大爆炸开始不断膨胀迄今已有138亿年,并且永远膨胀下去,其膨胀速度即哈勃定律v=Hd...(1)中的哈勃常数,约为:H=70qkm/s/Mpc。
本来公式(1)是讲类星体做退行性红移的,后来被偷换为宇宙学红移,即宇宙空间不断膨胀,相当于电磁波波长λ在每326万光年以70千米/秒的速度不断被空间膨胀拉长。
那么这种宇宙学红移或宇宙空间膨胀的假设究竟是否成立呢?
●天体退行性红移与空间膨胀性红移,根本不是一回事。因此,哈勃定律就不能作为所谓的证据。
●宇宙背景辐射之2.725绝对温度的7.35厘米或4×10⁹赫兹的微波段电磁波,也不能作为所谓的大爆炸余晖之证据。
因为,比微波长很多的无线电波,充斥在任何深太空,背景微波并不具备唯一性特征。
●任何电磁波能量,都会被真空场吸收与承载,进而不断降频红移。这叫熵增加红移。
退行性降频公式:f₀/f=(v₀+v)/(v₀-v)...(2),充其量可作为红移之最小概率的选项。但无法解释蓝移现象之反例。
笔者认为:
●红移有三个大概率事项:
①熵增加红移,这是任何波的本性,发生在任何电磁波事件过程中。
②减聚变红移,即:在熵增加红移的同时,恒星热核反应逐渐衰减导致电磁波降频,
③周期性红移,即在星系团或超星系团中,恒星正绕着中心黑洞离我们远去(近黑点进动)。
其中,作为电磁波传播的固有性质,熵增加红移的概率最大。
●蓝移有两个大概率事项:
①熵增加红移+加聚变蓝移,即熵增加红移的同时,核聚变逐渐加强而电磁波逐渐增频,
②熵增加红移+周期性蓝移,即熵增加红移的同时,恒星绕着黑洞向我们逼近(远黑点进动)。
●M87数据可估算熵增加红移
大家知道,M87黑洞图片的首次曝光,轰动了国际学术界。图片是根据该黑洞激发伽玛射线逐渐衰减红移到达射电望远镜为无线电波数据进行计算机合成润色的结果。
由此判定,黑洞内部中子态的中子是由质子与电子互动的复合粒子。
电子绕质子,或者说,电子磁力线切割质子磁力线,激发高频电磁波。
由于M87黑洞质量是太阳的64亿倍,黑洞内部的温度几乎到了极限,可设电子的绕旋速度接近光速,即v≈c。
根据光电效应方程:½mc²=hf₀...(3),最初伽玛射线的频率:f₀=mc²/2h=6.18×10¹⁹Hz。
电磁波经历了R=0.55亿光年=5.2×10²⁰千米,到达我们的望远镜。
假设望远镜接收的无线电波长:λ=30米,则接受频率为:f=10⁷Hz,即10兆赫兹。
M87每走1千米的降频倍率:β=f₀/fR...(4),有:β=6.18×10¹⁹/(5.2×10²⁰)=0.12倍/千米。
●式(4)改写为:f=βf₀/R...(5),叫熵增红移定律,式中β=0.12/km叫红移常数。
用熵增红移公式(5),可以估算太阳电磁辐射的初始频率,也可估算电磁波的最大行程。
假设刚进大气层的紫外线波长:λ=300纳米,频率:f=10¹⁵Hz,日地距1.5亿千米,初始频率:f₀=fR/β=1.25×10²¹Hz,估计发生了电子或质子湮灭反应,质子湮灭频率高达10²³Hz。
温馨提示:
1. 在极端环境如LHC与核聚变中,电子与质子物质波的震荡可达光速,即:v≤c。
2. 不存在所谓“光速进动的费米子的质量无穷大”的伪命题。
3. 光子是真空固有的,不是被波源发射出来的,洛伦兹变换因子的前提条件不成立。
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回答于 2019-09-11 08:43:50
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