宇宙的半径

来源: 龙珠雷达于 2012-04-11 10:23:31 [档案] [旧帖] [给我悄悄话] 本文已被阅读：次 (2734 bytes)

宇宙膨胀的速度：

由WMAP测量的宇宙膨胀的速度是73.8 km/s/MPC, 其中1 MPC 是个距离的单位，等于3262000光年。这就是说，距离地球3262000光年远的星体，退行的速度是73.8 km/s. 这个速度被称为哈勃常数。距离越远，星系退行的速度越快。比如说如果一个星体距离地球是2 MPC，退行的速度就是147.6 km/s...如果一个星系距地球足够远，则退行的速度将超过光速，不过这个和狭义相对论里的光速极限并不矛盾，所谓的光速极限其实是有很多附加条件的，有时间单写文章介绍。（请有兴趣的读者计算一下，如果星系的距离每增加1MPC,退行的速度就增加73.8km/s，那么多远处的星系退行速度达到光速。这一距离在天文学上被称为哈勃距离。）

宇宙的年龄：

如果宇宙的膨胀速度始终如一，可以推算，大约在140亿年以前，可视宇宙内的物质是集中在一起的。（有兴趣的读者可以计算一下，用3262000光年除以73.8 km/s等于多少年。这一时间长度在天文学上被称为哈勃时间）。这个140亿年则可以作为宇宙的年龄。实际的计算并非如此简单，因为其实宇宙不是一直以哈勃常数膨胀的。宇宙年龄的具体计算需要解Friedmann方程才可以。如果假设宇宙学常数（暗能量密度）不变，则最初的70亿年宇宙在作减速膨胀，从70亿年起，暗能量的密度大于物质的密度，宇宙开始做加速膨胀，在宇宙的最早期辐射为主计算方法也略有不同。巧合的是，宇宙膨胀的速度忽快忽慢，平均下来基本和哈勃时间差不多，大约是137亿年。

可观测宇宙的半径：

宇宙有限的历史，加上光速的有限，必然导致可观测宇宙是有限的。我们能够观察的最远宇宙，并不是简单的用光速乘以宇宙的年龄，还要乘一个尺度因子。假设137亿年前某个天体发出的一束光，现在进入我们的实现，则光子已经传播了137亿光年，与此同时，空间自身也在膨胀。在宇宙学里，人们把消除了空间膨胀影响后的距离叫做“坐标距离”,而身在宇宙中看到的距离称作共动距离。顾名思义，共动距离是最宇宙一起膨胀的距离。之间的比例换算系数叫做“尺度因子”。这个正是RW度归中的那个a(t)。在物质占主导的宇宙中，尺度因子和时间的2/3成正比。如果把哈勃距离乘以这个尺度因子之后沿时间积分，得到的距离大约是460亿光年。这一长度被称为视界，即我们能观测到的最远距离。每过去一年，视界就会增加一段距离（请读者思考一下，这段增加的距离是不是一光年）。

宇宙的拓扑结构：

可观测宇宙的外面，仍然有物质，只不过他们发出的光至今还没有传到地球来。宇宙的整体拓扑结构必须满足罗伯逊－沃尔克度规。其中包含三种可能的结构：正弯曲，负弯曲和平直。正弯曲意味着宇宙的总体积有限，而负弯曲或平直则以为着无限的空间。究竟宇宙的拓扑结构是哪一种，需要由观测来确定，这个现在还没有结论。根据WMAP的观测结果，宇宙的密度非常接近临界密度，即时空结构非常接近平直。这也是暴胀理论所预言的必然结果。但是准平直毕竟不是平直，究竟是正弯曲的还是负弯曲的，WAMP的结果还不能说明问题。现在知道的是，即使宇宙是正弯曲的，直径也至少是可视宇宙的10倍以上，而且这个数字还是由于仪器的分辨率造成的，随着分辨率的增加，这个数字还可能更大。