“宇宙墙”被发现,与地球距离约150亿光年,宇宙理论会被改写?
霍伊尔不仅观测到星系背离地球,还发现它们与地球背离的速度还会随着它们所处的远离地球的位置而变大,他根据这一现象,就推理出了宇宙的膨胀。
霍伊尔的工作揭开了宇宙膨胀的面纱,为宇宙大爆炸理论的提出奠定了重要的基础,不仅被后世人们誉为“大爆炸之父”,他本人也因为这项发现获得了1958年的诺贝尔物理学奖。
在霍伊尔之后,有大批的科学家也在他的基础上,对宇宙的膨胀进行了深入的研究。
它们利用敏感的望远镜,不断的向着宇宙远方观测。
向远方观测的意思就是望远镜所看的星系和发射出来的光,都被人类看的时间越长,那么看到的地方就更加靠近大爆炸发生时的那一瞬间,也就是说可以看到宇宙膨胀后退时的一切现象,来探讨宇宙其实处于怎样的状态。
这些观测后,科学家们发现,宇宙的膨胀并非是一成不变的,不同的距离地球的星系膨胀的速度都是不同的,这就意味着宇宙膨胀的速度是变化的,而且速度越快,距离地球越远。
因此,他们意识到,单单通过观测宇宙星系的膨胀速度还不能探讨宇宙大小之间的关系。
于是,他们开始进一步的研究,也就有了今天的结论。
1987年,发表于《自然》上的一篇文章,作者是英国天文学家亨利·沙普洛斯。
他在文章中指出,借助于望远镜观测宇宙中的红移现象,科学家们发现当距离地球约150亿光年的地方,它们所感知到的膨胀速度并非是变化,而是恒定的。
并且这些“超新星”所膨胀的速度并不是慢悠悠的向外扩散,而是在1秒内就能扩散出2500千米,那么一秒能扩散这么远,那么在它们诞生之初,就必须拥有非常快的速度,比声速还要快上许多。
当然,这并不是说极速的情况就是宇宙中最快的,实际上宇宙中最快的速度,就是光速,而这个速度是绝对不可逾越的。
那么这一时期,科学家们就将它所观察到的“超新星”称之为“标准烛光”。
他们认为借由“标准烛光”,他们就能够探讨距离宇宙中更远处的星系的速度。
当时,这个现象被称之为Hubble流,沙普洛斯根据对一定数量的标准烛光的光度和光谱的观测,计算出Hubble常数大致为74千米/秒/兆秒。
科学家们推断出,假如它们所观测的“超新星”符合理想的Hubble流,那么地球背离它们的速度就必须是74千米/秒。
但是,当他们不断的观测“超新星”后,发现这些“超新星”所具有的膨胀速度,根本就不符合Hubble流的规律,也就是说几乎所有观测到的“超新星”都具有同一速度,而这个速度是保持一致的,这也就意味着距离地球更远的宇宙星系,其膨胀的速度是保持一个常数的。
那么“超新星”都是指一颗星在大爆炸时爆炸所产生的光现象,如果这一瞬间的光现象都是保持常数的,可以说地球离这些“超新星”距离越远,就意味着它们产生的光就越久,而“超新星”一般只会在结束爆炸后继续产生光约100天,地球离它们越远,那么就能观测到它们产生的时间,也就是说科学家能够观测到更古老的“超新星”,这意味着科学家们能够观测到宇宙更早期的状态,毕竟距离产生的时间越久,就意味着它们就越古老,也就说明宇宙就越古老。
在沙普洛斯的文章发表后,又有大批的科学家对其进行观测验证,但是,这片被称之为“宇宙墙”的领域距离地球有150亿光年。
而这里的宇宙星系的膨胀速度不符合预期,距离地球较近的宇宙星系,也就是Hubble流的那样,而距离地球较远的宇宙星系,不论是靠近“宇宙墙”的一侧还是相对分散的一侧都具有同一膨胀速度,因此,对科学家来说这个发现意义非凡。
对宇宙大爆炸的影响。
沙普洛斯称之为“宇宙墙”的这一超级结构的被发现,不仅让他感到意外,还让他有一种他们的理论被改写的预感,这是为什么?
如果按照大爆炸理论中对于宇宙膨胀的观点,那么周围星系与地球所构成的宇宙都是相互扩散的,所以也就会有怎样的理论?
1、量子力学。
从量子物质的角度来看,这个领域范围也是宇宙中存在的最小的总结构,同时还具有不确定的性质,但是有一点可以肯定的,量子物质不属于保守的小系统,但是在宇宙中,对于星系系统来说可以认为是一种保守小系统。
那么对于大爆炸怎么解释?
对于大爆炸,科学家们会采用量子力学的角度,认为大爆炸是一个由于量子涨落过于巨大导致的一个巨大爆炸,但是就宇宙这么大的一个系统,这个角度就无法解释更多的问题。
除了这个角度。
2、开放系统。
除此之外,还有一个更适合解释大爆炸的角度,就是开放系统的角度。
对于开放系统来说,就是存在一个趋向熵最大化的过程,而宇宙就可以看作一个开放系统,但是要说宇宙中的物质都是向着一个方向发展前进的,那也不是件容易的事情。
因为从科学的角度来看,不存在万物处于有序状态,所以肯定是更多的可能性。
除了上述两点解释外,对于大爆炸还有结构偏离均匀的解释,从宇宙膨胀的角度来看,如果宇宙仅仅只是一个爆炸的过程,那么在宇宙中就不会形成这么多的星系俗称的“宇宙之墙”。
对宇宙学发展的影响。
既然科学家们对这片“宇宙墙”非常关心,那么它又对宇宙学发展有着怎样的影响?
1、定距离方式。
首先,从观测的角度来看,在科学家们所处的时期,他们是将宇宙中的星系视为明亮的“标准烛光”。
他们通过研究标准烛光产生的光线,并确定这一星系的膨胀速度,从而得出这一星系离地球的距离。
这种方式被对于量子力学的博士,也是沙普洛斯的老师利用这种方式观测的结果,来支持宇宙大爆炸理论。
但是后来,在利用这种方法进行的观测中,发现观测到的星系在距离地球非常远的地方,所产生的光几乎不会发生红移现象,这一现象会对沙普洛斯的观测产生影响,所以科学家们在利用这种方式进行观测时,要对光产生的红移进行修正。
但是,现在沙普洛斯的学生似乎又发现了另一种方式来观测,就是他们认为可以采用定距离的方式来观测距离地球最远的宇宙星系,这样一来就不用考虑红移对观测结果的影响。
2、早期宇宙。
在观测中,他们能够观测到距离地球非常远的“超新星”,也就是从它们所产生的亮度来看,科学家们能够观测到它们产生光的时间。
但是,正像沙普洛斯所说的,这种方法仅仅只适用于距离地球非常近的“超新星”,毕竟产生的光时间短,但是距离地球越远的“超新星”,产生的光时间就越长,甚至可以照耀几年的时间。
那么如果他们能够观测到几年的时间,就说明他们能够对宇宙中更早期的时期进行观测,同时也意味着对宇宙学的研究能够带来新的发展。
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