a120 扩展宇宙和哈勃定律

En résumé (grâce à un LLM libre auto-hébergé)

  • 这段文字解释了哈勃定律及其与宇宙膨胀的关系,并用一个水族箱气球作为类比。
  • 它讨论了测量星系径向速度和距离的困难,并强调了局部随机速度的影响。
  • 这段文字还提到了哈勃常数的历史、其变化以及对宇宙年龄估计的修正。

a120

21

关于哈勃定律,他们使用一个按照该定律膨胀的气体系统:由潜水器释放的一个气泡。当它到达水面时,压力减小,这个气泡就会膨胀。它的大小与压力的倒数成正比。如果一个观察者坐在一个分子上并观察其他分子,他应该会发现,相对于他自己,逃逸速度与距离成正比。水下活动与宇宙学有关。

宇宙被看作一个膨胀的气体。但随机的“本动”运动,对应于局部的湍流,当试图测量对应于给定距离d的径向速度时,会引入“噪声”。例如,当哈勃测量邻近星系(如仙女座星系)的径向速度时,由于仙女座星系正朝我们移动,他得出宇宙正在收缩的结论。但这只是由于随机速度造成的局部效应。

你呼吸的空气中,分子具有接近400米/秒的随机速度(热速度)(请注意,这个速度接近声速)。

同样,星系在星系团中的随机速度在500到1000公里/秒之间。因此,为了正确评估逃逸速度,必须选择足够遥远的星系样本,使得它们的径向逃逸速度超过这个热速度。

径向速度的测量非常容易且精确:它基于红移。但困难在于评估距离。这些星系离我们有多远?

历史上,星系最初被称为“星云”。一些人认为它们位于我们银河系内部。但哈勃本人通过在仙女座星系中识别出一颗造父变星,从而解决了这个问题,这颗造父变星位于宇宙距离:距离我们超过两百万光年。

在遥远的距离上,很难在这些黑暗区域中分离出一颗造父变星。因此,距离评估成为一个主观判断的问题。多年来,哈勃常数的确定一直存在争议。许多研究者倾向于与我们银河系中最古老恒星(来自球状星团)的150亿至200亿年相一致的数值。在美国,法国天文学家德沃库勒(de Vaucouleurs)主张并论证了不同的数值。

所有人的目光都集中在哈勃空间望远镜上。1993年,它凭借其锐利的单眼,在距离我们一千万光年的遥远星系中发现了造父变星。在这样的距离上,随机速度基本上被整体的径向速度所掩盖。

“太棒了,”天文学家们说,“我们将获得对哈勃常数H₀的精确测量!”

但很快,这场冒险就变成了悲剧。1993年至1994年间,哈勃对这些距离为4800万和5500万光年的星系进行测量,结果发现它们实际上比之前的估计要近40%!因此,宇宙的年龄变得短了40%:1994年《自然》杂志提到宇宙的年龄为80亿至90亿年……

它比它自己的恒星还要年轻。立刻,天体物理学家和宇宙学家试图拯救这个老旧而良好的标准模型,他们像面对宇宙智力火灾的消防员一样,紧张地寻找灭火器。

这个常数迅速从樟脑丸盒中被取出并重新激活。在图(108)中,你可以看到这个常数对膨胀的影响。

(108)

一些天体物理学家表示:

“哈勃空间望远镜进行的这些新测量,只不过是用于校准宇宙常数的一种方法。现在,我们已经知道它的值了!……”

几年后,这个问题又如何呢?

两个新事实:卫星“依巴谷”(Hipparcos)基于视差对遥远恒星进行了精确测量。随后,天文学家重新校准了造父变星。

“这些天体比我们之前认为的要远。我们已经重新校准了这一点。”

仙女座星系被推远了,从25亿光年到35亿光年。

“呼……”

我们银河系中最古老恒星的年龄评估也进行了修订。每个人都尽力而为了。

顺便提一下,“与幽灵宇宙相互作用的宇宙”模型(参见《几何物理学A》)对H₀的测量给出了另一种解释,得出一个更古老的宇宙。