宇宙的扩张速度如何测算

发布时间: 2023-04-05 09:01:23 来源: 励志妙语 栏目: 经典文章 点击: 79

宇宙速度怎么算是宇宙膨胀速度吗?用哈勃公式结合牛顿力学推导。如果指的是第一第二宇宙速度什么的,看下面:第一宇宙速度:,...

宇宙的扩张速度如何测算

宇宙速度怎么算

是宇宙膨胀速度吗?用哈勃公式结合牛顿力学推导。
如果指的是第一第二宇宙速度什么的,看下面:
第一宇宙速度:
物体所受重力=万有引力= 航天器沿地球表面作圆周运动时向心力
  即mg=GMm/r^2=mv^2/r
  mg=mv^2/r
  所以v^2=gr
  R地=6.37*10^6m,g=9.8 m/s^2
  v= 7.9 km/s
  计算公式:V1=√gR(m/s),其中g=9.8(m/s^2),R=6.37×10^6(m)。
第二宇宙速度:
由动能定理得
  1/2*m*v^2+(-GMm/R)=0
  ∵r→∞
  所以GMm/r≈0
  解得v=√(2GM/R)=11.2km/s
一般:第二宇宙速度V2等于第一宇宙速度V1乘以√2
第三宇宙速度:
以离太阳表面无穷远处为0势能参考面,则有
  先不考虑地球引力
  1/2mv(人造天体对太阳)^2+(-GMm/R)=0
  m为人造天体的质量,R为平均日地距离,M为太阳质量
  v=√(2GM/R)=42.2km/s
  ∵v地绕太阳=29.8km/s
  ∴v’=42.2-29.8=12.4km/s
  设R'为地球半径,M'为地球质量
  又∵发射时必须克服地球引力做功
  ∴1/2mv^2-GM'm/R'=1/2mv’^2
  ∵GM'm/R'=1/2mv(宇宙第二速度)^2
  1/2*m*v^2-1/2*mv(宇宙第二速度)^2=1/2*mv’^2
  v=16.7km/s

什么是宇宙速度?

宇宙的膨胀速度是多少?

关于宇宙的膨胀速度是多少?宇宙的膨胀速度是多少的这个问题官方给的数据是目前天文学测量最精确的宇宙膨胀率,既哈勃常数H=67.80±0.77km/s/Mpc(Mpc:百万秒差距,约326万光年);表示距离每增加326万光年,星系因宇宙膨胀增加的退行速度为67.8km/s。因为宇宙是均匀膨胀的,所以哈勃常数表示:宇宙中两处的距离每增加326万光年,因宇宙膨胀效应导致的退行速度,就增加67.8km/s。也就是说宇宙的膨胀速度是67.8千米每秒。科学家们发现,宇宙的膨胀正在以越来越快的速度发生。我们宇宙的膨胀是加速的,不是恒定的。这意味着如果我现在看到两个星系分开。在足够长的一段时间内,膨胀速度的增加意味着宇宙中物体的密度将会降低。如果每个星系都离其他星系越来越远,我们银河系之外的星系的图像也会变得越来越过时,因为光的传播时间也会增加。
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那么是什么力使宇宙产生了膨胀呢?关于这个问题官方的答案是:“暗物质和暗能量分别通过对普通物质产生的引力作用和推动宇宙做加速膨胀而表明它们的存在。如果暗能量不存在,那么物质间的万有引力作用就会减慢宇宙的膨胀,但是天文观测表明我们的宇宙在做加速膨胀运动”。或许我们对于宇宙的了解还不完整。”原因有可能是存在另一种未知粒子,或许就是常被假设的中微子第4味,也有可能是暗能量(导致宇宙加速膨胀的不明因素)。引力作用是减慢宇宙的膨胀的速度,而一种神秘的暗能量,将物质和空间推开。事实上暗能量被认为是在以更快和更快的速度将宇宙推向宇宙,导致我们的宇宙加速膨胀。

但是本文对当下科学界的这种解释并不表示认同,(因为本文作者认为宇宙中不光有引力存在而且也认为斥力的存在)。在本文进过多年的研究过程中发现,宇宙的膨胀以及所谓的大爆炸都是斥力的作用结果,引力的产生是在斥力产生之后才产生的,在宇宙中引力与斥力是两种相反的力!所以我认为推动宇宙膨胀的力就是斥力!当然目前主流的科学家是否定斥力的存在的,但是这并不代表斥力这种力它不存在。

以上就是宇宙膨胀的速度及本文对推动宇宙产生的膨胀的力的研究与理解!当然这只代表本文的观点,对于是什么力推动宇宙膨胀的这个问题欢迎大家在评论区里留言评论~

宇宙扩张速度究竟有多快?

利用不同方法测出的宇宙扩张速度也有所不同,因此有些理论学家猜测,我们对宇宙 历史 或许存在重大误解。

这一现象名叫“哈勃争议”(Hubble tension),是宇宙学的一大未解之谜。随着围绕该问题展开的猜测变得愈加扑朔迷离,有科学家试图通过提出新观点来解释这一现象。

“除了希格斯粒子之外,我们尚未做出任何新发现。”美国布鲁克海文国家实验室物理学家安泽•斯洛萨(Anže Slosar)表示,“任何新观点都会令人激动。我们想看看人们可以从哪些方面提出新物理理论。”

宇宙正在不断扩张,星系之间的距离变得越来越远。科学家用得名于天文学家埃德温•哈勃(Edwin Hubble)的“哈勃常数”来描述宇宙扩张速度。目前,科学家有几种测算哈勃常数的方法,但这些方法会得出两种不同的常数值,这显然相互矛盾。有些方法利用超新星和脉冲星发出的光线计算其距离变化,结果显示,天体到地球的距离每增加326万光年(即一百万秒差距),远离地球的速度会加快73公里/秒。而另一类方法利用早期宇宙发出的电磁波、即宇宙微波背景进行测量,得出的结果约为67公里/秒。

这一差值不能仅用实验误差来解释。如果不引入新的物理理论,任何解释似乎都站不住脚。尽管如此,这两个测算值之间的区别并未达到5西格玛级实验精确度,不足以说明两个值之间存在重大出入。

但事情的走向越来越令人摸不着头脑。最近,参与“暗能量调查”(DES)的科学家们公布的最新结果令局面显得更加扑朔迷离。利用超新星进行测量,他们得出的哈勃常数为67.7(km/s)/Mpc,更接近利用宇宙微波背景算出的结果。

你也许认为这一结果缩小了此前两种结果之间的差距,因此会减少人们对这一问题的兴趣。然而,就在“暗能量调查”的科学家们公布结果后不久,两支相互独立的理论物理学家团队分别发表了相关论文,试图对“哈勃争议”进行解答。两者都提出,我们对宇宙早期 历史 的理解需稍作调整。其中一篇论文试图通过修改重组期(即大爆炸之后数十万年、第一批中性氢原子开始形成的时期)的开始和结束时间,缩小两种结果之间的差距。另一篇论文则引入了“早期暗能量”的概念,称这种力曾在宇宙早期导致宇宙扩张,但在现代宇宙中已经不复存在。

物理学家认为,宇宙扩张曾经历了两个阶段:第一阶段为膨胀期,紧接着宇宙大爆炸,宇宙在此期间经历了快速扩张;第二阶段就是目前所处的阶段。但美国约翰•霍普金斯大学的薇薇安•普林(Vivian Poulin)指出:“我们认为,在宇宙 历史 的某一个时期,或许也发生过与目前阶段类似的情况。”

这两篇论文均尚未接受同行评审,仍处于初期阶段。此外,这两篇文章的发表时间距“暗能量调查”公布结果的时间太近,还来不及引用该调查的结论。如果“暗能量调查”的结果得到证实,这两篇论文的理论分析就毫无意义了。

物理学家马特•巴克利(Matt Buckley)并不认为“暗能量调查”的结论会降低科学家对这一争议的兴趣,并认为普林和斯洛萨等研究团队提出的问题其实正中要点。但他也指出,任何新理论都必须与现有的全部数据相匹配。

对“哈勃争议”而言,提出新物理学理论肯定是最有趣的一种解决方法,但新的哈勃常数测量方法也许很快就会出现,既不利用近处天体的距离梯度,也不利用远古时期的宇宙辐射。引力波或许值得一试。科学家可以将中子星相撞时发出的光线与引力波进行对比,并且已经用该方法得出了哈勃常数的估算值。不过,要利用这种方法算出可靠的哈勃常数,也许还要过10年左右。就目前而言,“哈勃争议”仍是科学家的观测重点,仍将持续吸引理论物理学家的注意力。

“我们很想知道,该争议是否存在简单的解释。从理论角度来看,这个问题变得越来越意思了,”普拉表示,“我们的兴趣主要与目前不断精进的实验水平有关,而且人们对该问题的重视程度也在与日俱增。”

天文学家们是怎样计算宇宙膨胀的速度的?

早在近一个世纪前天文学家们就知道宇宙在膨胀,而且从宇宙大爆炸发生以来一直在持续膨胀。在宇宙的任何地方,所有星系,甚至包括我们自己所在的星系,都在彼此远离。哈勃太空望远镜提供了一个类比“就像是拿一个没有充气的气球举例,我们在上面画上点,每一个点代表一个星系,当你给气球充气时,球上的这些点就会互相远离。

然而,天文学家们仍在努力确定宇宙膨胀的确切速度,21世纪测得的膨胀率被宣布,我们称为哈勃常数,这一消息既令人兴奋,又令人困惑。这一估算是由HoliCOW做出的,HoliCOW是由德国马克斯普朗克研究所、瑞士洛桑联邦理工学院和其他机构的国际科学家领导的一个项目,这一数据与之前的一些相扶,但也与另一些其他数据不相符。

这种差异可能是统计学上的一种波动,这种波动能够在科学与技术变得更好的时候得以避免;或者这也可以完全归因于其他原因,比如超出我们对宇宙运作理解范围的新物理学。

多年来,科学家们通过地面和地球轨道上的强大望远镜一直在改进测量哈勃常数的方法。一些科学家通过研究宇宙微波背景来观察早期宇宙,即宇宙大爆炸产生的,直至今天依然充斥在整个宇宙的辐射;另一些科学家们观察时间更近一些的宇宙,他们研究造父变星的亮度跳动、超新星或者恒星爆炸,因为它们闪烁的亮度可以照亮整个星系。

哈勃常数的这一估计值,是来自对已知宇宙中最明亮天体的计算---附近三个星系和一些遥远的类星体的观察,这些数据将出现在英国皇家天文学会月报的5项研究中。类星体存在于一些遥远星系的核心,它们发出的光随着时间的推移闪烁。在我们的宇宙邻居中有一些星系是如此巨大,以至于他们会弯曲类星体发出的光,产生可以让天文学家看到的多个类星体的图像。光所到达的时间根据他们穿过星系的路径各有不同,光穿过星系的密集区域所花费的时间比穿过稀疏区域所花费的时间要长。科学家们通过分析这些图像的时间延误得出哈勃常数的精确估计。

HoliCOW将哈勃常数估计为每秒每百万秒差距71.9千米(1百万秒相当于330万光年)。在2021年,另一个团队通过对宇宙微波背景辐射的观察确定了这个速度为每秒每百万秒67.8千米。2021年,一个不同的研究小组通过对造父变星和超新星的观察,得出每秒每百万秒差距73.2千米的数据。这一数字高于大多早前的估计,这让许多天文学家感到惊讶。哈勃望远镜自己的估值---每秒每百万秒差距500千米是被吹离的,但当正确的技术还没有出现时,这就是发现的本质。

H0LiCOW团队计划通过测量多达100个类星体的光来扩展他们的研究。这是大多数天文学家现在能做的:测量他们能看到的微小的银色物质,这些大多来自恒星、星系、宇宙爆炸发出的闪光。他们看不到构成宇宙95%的物质:暗能量、暗物质、暗辐射,这才是棘手的一部分,因为在这些没有光的物质中可能会有答案。

宇宙的膨胀是宇宙两个遥远部分之间的距离随时间的增加而增加。这是一种内在的膨胀,随着空间尺度尺度的变化而变化,宇宙不会膨胀成任何东西,也不需要外部空间存在。从技术上来讲,空间和空间中的物体都不会移动,相反的,是控制时空大小和几何形状的规度本身在尺度上发生了变化。虽然光和时空中的物体的速度不能超过光速,但这个限制并不限制规度本身。从观察着的角度来看太空在膨胀,除了最近的星系外所有的星系都在向远处退宿。

在宇宙大爆炸后大约10*-32秒的通胀时期,宇宙突然扩大,它的体积增加了至少10*780倍(一个扩张的距离至少10*26倍在三个维度),相当于扩大对象1纳米的长度,(10*-9米,大约一半DNA分子的宽度),大约10.6光年长(约10*17或62万亿英里)。宇宙在此之后曳光弹缓慢地膨胀,知道大爆炸后约98亿年(40亿年前),宇宙才开始以更快地速度膨胀,现在依然如此。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

3. theatlantic- doctor.261

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