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【科普知识】 03-31为什么宇宙可以“超光速膨胀”?

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大爆炸/宇宙膨胀/超光速,这三个标签永远存在于宇宙吧十大话题之中,吧友们从未停止过对于它们的争论。有些反大爆炸理论的吧友的逻辑是这样的:宇宙年龄137亿年→可观测宇宙460亿光年→没有东西可以超光速→大爆炸理论不可能是真的。但是,事实上宇宙膨胀是可以超光速的……


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来自iPhone客户端1楼2017-03-31 14:56
    那么宇宙确实超光速膨胀吗?答案是肯定的。我们来做个简单的计算,哈勃常数的值在70公里每秒每百万秒差距左右,那么先撇开相对论的因素不谈,42亿秒差距(138亿光年)外的星系就相对于我们以超光速远离了!


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    来自iPhone客户端2楼2017-03-31 15:02
      这个速度还不算什么,要知道在大爆炸之后的
      10^-35到10^-33秒之间的一瞬经历了所谓的大暴涨,宇宙从一个原子核大小膨胀到了太阳系大小。要知道即使是光,在这么短的时间内能走的距离还不到原子核直径的百亿分之一,当然接下来膨胀速率就放缓很多了……(图中纵向是空间跨度)


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      来自iPhone客户端5楼2017-03-31 15:09
        那么我们遇到了第一个问题:如果一个星系向我们远离的速度大于光速,它的光怎么能传播到我们这里呢?我不提什么光速不变,钟慢尺缩,我就举一个简单而形象的例子(这个例子我忘了在哪看到的,可能就在宇宙吧里看的):


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        来自iPhone客户端6楼2017-03-31 15:16
          我们假设有一根牛逼的橡皮筋,长1000米;有一只蜗牛,在橡皮筋的一段向另一端以每小时1米的速度爬。当它开始爬的时候,橡皮筋开始以每小时100米的速度无限拉长,问蜗牛是否能在有限长的时间里爬到另一端?


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          来自iPhone客户端7楼2017-03-31 15:22
            直觉告诉我们,这特么爬个皮皮虾啊?橡皮筋拉长速度都是蜗牛速度一百倍了……然而事实恰恰相反,蜗牛是可以爬到另一端的。要知道,蜗牛已爬过的路程也是随着橡皮筋的拉长而拉长的,蜗牛爬过的橡皮筋的比例在不断增加,这个比例最后会达到1。当然了,并不是所有比例增加的数列都会在有限长的长度内总和达到1(比如0.5+0.25+0.125+……),但是这个蜗牛的例子里比例确实最后会等于1,数学证明贴在楼下。


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            来自iPhone客户端8楼2017-03-31 15:35
              假设蜗牛爬过的橡皮筋的比例随时间t的函数是f(x),那么一个简单的一次微积方程就可以解决:(好久没写过中文了,请不要嫌弃我字丑,嫌弃的话……我就打死你


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              来自iPhone客户端9楼2017-03-31 15:37
                嗨呀,虽然海枯石烂,两万多亿亿亿亿亿小时后蜗牛才爬到了另一端,但也是爬到了。现在,我们把蜗牛视作光,把这根橡皮筋视作该星系和我们之间的距离,就可以理解光从超光速远离我们的星系传播到我们这里了。当然,当前宇宙膨胀速度并没有光速的一百倍之多,所以时间跨度也没那么夸张。


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                来自iPhone客户端10楼2017-03-31 15:47
                  那么接下来遇到的一个问题是,宇宙膨胀超光速是否违背相对论?答案是否定的。我们熟知的具有静质量的物体不能达到光速是狭义相对论提到的,在广义相对论中爱因斯坦加了一条,观测者只能测量其邻域中的物理量。


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                  来自iPhone客户端11楼2017-03-31 15:53
                    说到底,宇宙在大尺度上并不是一个闵氏时空(虽然局部上来看,空间像是静态平直的)。当前,暗能量接过了宇宙膨胀的交接棒,空间来不断地受到整体拉伸。简单来说,你不能说一个“超光速远离”你的星系相对于你在超光速运动,因为它不在你的邻域,不属于同一个参考系内。


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                    来自iPhone客户端13楼2017-03-31 16:04
                      同时,对于观测者而言,在局部的惯性系中,经过其领域的有质量粒子无法达到光速。但是,空间本身的膨胀不受此限制,不以光速为上限。借用知乎上北大一个大佬的话说,光速=因果性传递速度的上限,但是宇宙膨胀不具有因果性传递。


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                      来自iPhone客户端14楼2017-03-31 16:09
                        我们不是中心 或许我们就在偏离的路上


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                        来自Android客户端15楼2017-03-31 16:12
                          最后说些题外话,大爆炸模型依然是最广为接受与观测支持的宇宙模型。或许它还多有纰漏,甚至在将来还有可能被完全推翻。但是,你拿个什么“宇宙无法加速膨胀”来妄言大爆炸理论绝对是错的,也未免太幼稚了。说白了,这种程度的东西要是都能推翻大爆炸模型,难道前沿的科学工作者会想不到?


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                          来自iPhone客户端16楼2017-03-31 16:26
                            我马上要进入物理专业的第三年,至今还望不到现代物理的冰山一角,只能感叹一声物理学的广博和宏大。所以每每看到一些连泡利不相容或者傅立叶变换都不知是何物的人,没有任何观测证据和严谨的科学逻辑,就在无比膨胀地宣称某某理论是错的,宇宙真理是怎样怎样的,就感觉真的很……还有些阴谋论者整天声称什么官科欺瞒群众,打压民科之类,真想把妈卖批仨字贴他脸上


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                            来自iPhone客户端17楼2017-03-31 16:35
                              扯远了愤青了总之这贴到这就更完了。涉及相对论或者量子力学的种种话题总是有违直觉而且富有争议性。如果有错误请帮我指出,我明天再统一回复


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                              来自iPhone客户端18楼2017-03-31 16:39
                                自顶


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                                来自iPhone客户端19楼2017-03-31 22:04
                                  你举的例子是匀速膨胀,而宇宙是加速膨胀。另外,空间到底是什么?开始时的暴胀是不是超出了相对论对四维时空的定义?


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                                  来自手机贴吧20楼2017-03-31 22:24
                                    帮顶!!


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                                    来自手机贴吧21楼2017-03-31 22:37
                                      给大神暖贴。


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                                      来自iPhone客户端22楼2017-03-31 23:54
                                        牛逼啊


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                                        来自Android客户端23楼2017-04-01 03:18
                                          有一个问题是,任何运动都要消耗能量,那么宇宙膨胀的速度如此之快,又是哪来的能量?而且这个膨胀还在不断加快,加速度的能量又是从何而来?假设不存在外力干涉,这种膨胀不是应该越来越慢吗。


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                                          来自Android客户端24楼2017-04-01 11:59
                                            还有一个问题,现在普遍认为宇宙所有物质都是由大爆炸而来,这种凭空产生物质的事件明显不符合能量守恒这样的基础定律,到底是哪里出了问题?


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                                            来自Android客户端25楼2017-04-01 12:03
                                              最后一个问题,根据光速恒定的定律,即使以超光速膨胀的宇宙物质作为参考系,光速依然不会产生变化,这是我最无法理解的一点。


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                                              来自Android客户端26楼2017-04-01 12:06
                                                也许最开始宇宙并不是一个点,也许宇宙寿命或者半径不是那么大,或者光速并不是那个数值,或者宇宙超光速膨胀。


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                                                27楼2017-04-01 17:36
                                                  麦当劳,前面一个青年点了甜筒第二个半价。
                                                  作为一个国内top1学校修过经济学的工科生来说,我有必要让他了解一下商家无耻的营销方式和资本主义榨取最后一丝利益的本性。
                                                  我:“假如你在一片茫茫无际的沙漠里已经独自走了好几天了,又累又渴,这时如果我给你一杯水,你会喝完吗?”
                                                  青年:“当然会啊!”
                                                  我:“喝下第一杯后,如果我给你第二杯呢?”
                                                  青年:“也会喝完吧。”
                                                  我:“那第三杯呢?”
                                                  青年:“或许。。。”
                                                  我:“第四杯呢?”
                                                  青年:“。。。。。。”
                                                  我:“看吧,其实你真正需要的只是前面的那一两杯水,后面的那些水对你的价值就没有那么大了。第二杯半价看似是商家的优惠,其实是为了榨干第二杯对你仅有的效用,让你乖乖付钱从而增加盈利的营销方式而已。
                                                  所以,你好好想想,你买第二个到底是为了什么呢?”
                                                  青年:“给我女朋友。”


                                                  收起回复
                                                  来自Android客户端28楼2017-04-02 07:44
                                                    如果说宇宙形成初期没有光呢?


                                                    收起回复
                                                    来自Android客户端29楼2017-04-02 08:29
                                                      似乎打开了一扇窗


                                                      白银星玩家
                                                      百度星玩家累积成长值为1,去领取
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                                                      来自Android客户端30楼2017-04-02 08:32
                                                        给大神递茶


                                                        回复
                                                        来自Android客户端31楼2017-04-02 09:25
                                                          大学学了理论物理四年,感觉对宇宙的认识也是非常浅薄,从来也只是看看科普贴,了解了解知识。没想到了宇宙吧,看到一大群爱因斯坦转世在这高谈阔论,吓得我不敢出气


                                                          收起回复
                                                          来自Android客户端32楼2017-04-02 10:21

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