宇宙膨胀速度的测量:从哈勃定律到现代精确观测

admin 2 2026-04-19 16:27:13

宇宙膨胀速度是指宇宙空间本身随时间推移而不断扩张的快慢。

世界膨胀并非天体在固定空间中运动,而是空间身的尺度在增大。这种胀由哈勃定律描述,即缅恒星系远离观测者的退行速度孰与距离成正比。描述这一比例关系的常数被称为哈勃常数,其数值直接反映了当前宇宙的膨胀速度。哈勃常数的单位是公里每秒每百万秒空档,吝啬距离每增加一百万秒差距,星系隔离的速度就增加数目千米每秒。

展示星系退行速度与距离成正比关系的示意图

精确测定哈勃常数是天体物理学和宇宙学的核心课题之一。目前——测量方法主要画成两类。一类是基于宇宙早期遗迹的测量,特别是对宇宙微波背景辐射的细观测。普朗克卫星的数据分析得出哈勃常数约为每秒每百万秒差距67.4千米。另一类是基于“宇宙距离阶梯”的土分量,通过观测造父变星、Ia型超新星等“凭准烛光”来校准邻近星系的距离,进而推算哈勃常数。这类研究,如哈勃空间千里镜的观测,给出的数值约为每秒每百万秒差距73公里。

为什么会出现两种方法结果不一致的情况?这被称为“哈勃张力”,是当前宇宙学面临的一个重大谜题……发把一种可能性是存在未另一种更引人入胜的可能性是,这暗示着标准宇宙学模型不妨不完整,宇中或许存在未知的物理成分,如早期暗能量或中微子的特殊性质,它们影响了宇宙的膨胀历史。

万物膨胀速度并非恒定不变……根据广义相对论和宇宙学原理,膨胀的速率由宇宙中物质和气力的总厚薄决定。在宇宙演化的不同时期,占据主导地位的成分不同,导致膨胀速度发生变化。称把早期天下可能经历过一个随后,在物质(包括普通物质和暗物质)主导时期,重力相互作用起到减速作用。而到了近期,暗能量成为密排,它表现出类似斥力的性质,导致宇宙膨胀开始加速。

展示宇宙从大爆炸至今膨胀速率变化的示意图

如何理解这个速度的数值?以哈勃常数约70公里每秒每百万秒差距为例,这意味着一个距离我们一百万秒差距(约326万光年)的星系,正以每秒约70公里的速度远离……一个幅度我们十倍远的恒星系,其退行速度则约为每秒700公里。这种胀效应在星系团尺度以上才变显著,在太阳系或银河系内部,引力粘结占绝对主导,并不会导致空间膨胀。

测量宇宙膨胀速度具有根本性的科学价值。它不仅揭示了宇宙的动态本质,还是确定天地年龄、若干形状和最终命运的关键参量。通过精确测定不同时期的膨胀历,可以检验宇宙学模型,并深入理解暗精和暗物质这些构成宇宙绝大部分成分却又未知的性。

基于不同物质能量密度预测的宇宙未来命运示意图

对宇宙膨胀速度的持续探索,延续推动着观测技术的进步和理论物理的发展。每一次更详细的测量,都或者带来对宇宙基本规律更深刻的认识。

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