宇宙的膨胀现象,并非凭空想象,而是通过科学测量得出的结论。宇宙的扩张速度,以每百万秒差距70公里每秒的速率进行,这里的百万秒差距,是一个衡量距离的单位,相当于大约326万光年。

这种扩张模式,随着时间的推移,呈现出指数级的增长,类似于一个连续的翻倍过程,例如,第一秒扩张1米,第二秒就变2米,第三秒则达到4米。因此,宇宙的扩张速度,随着距离的增加,会以远超光速的倍数加速,甚至接近无穷大。

秒差距并非时间单位,而是一种角度测量,1圆周为360度,1度等于60分,1分等于60秒。宇宙的膨胀速度,并非理论推导的结果,而是通过直接测量得出的,因此具有很高的可信度。由于宇宙的庞大,我们无法使用传统的尺子来直接测量星系间的距离,因此,要确定宇宙的膨胀速度,需要先了解星系与我们的距离,以及它们的运动方向。

如何测量宇宙的深远距离呢?通过光的亮度变化,我们可以估计恒星与地球的距离。宇宙中并没有标准的灯泡,因此我们需要一个亮度的标准,这就是星等的概念。星等用数值表示,数值越小,亮度越高。然而,如何确定一个恒星的星等呢?科学家发现了一种名为造父变星的特殊恒星,它们通过周期性的光变,提供了一种测量绝对亮度的方法。

造父变星是一种周期性光变的恒星,它们的光变并非因为核反应的变化,而是因为恒星外层气体的周期性膨胀和收缩。当气体膨胀时,温度下降,光辐射减弱,造父变星在最大膨胀时最暗淡。随着温度的下降,外层气体层在引力作用下收缩,压缩过程中温度升高,亮度增加。造父变星的光变周期与其亮度之间存在严格的数学关系,因此,通过测量其光变周期,我们可以计算出恒星的星等。

除了测量距离,我们还需要了解恒星相对于地球的运动速度。这就需要用到多普勒测量技术,它通过测量波长的微小变化来确定速度。当光源向我们移动时,波长变短,频率增高;远离时则相反。哈勃在1936年通过测量遥远星系的光,发现它们都在远离地球,且速度与距离成正比。通过测量光的红移,我们可以计算出恒星远离地球的速度,进而得出宇宙的膨胀速度,即哈勃常数。

宇宙的视半径,是指光线在宇宙中飞行时,由于宇宙膨胀,光线无法追上的部分。根据哈勃常数,我们可以计算出宇宙的视半径,大约为139.7亿光年。这意味着,宇宙诞生之初,距离我们139.7亿光年的星系,现在已经移动到了460亿光年之外,因此,我们说宇宙的可观测半径约为460亿光年。

 

 


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