江苏龙网

  1. 主页 > 生活百科 > >

根据相对论,接近光速飞行的宇宙飞船上 超大质量黑洞的第一宇宙速度可能等于光速

核心提示：本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。宇宙中存在着大量的宇宙岛 ， 我们能观测到的数量估计为2万亿个 。最近的河外宇宙岛离银河系只有几万光年 ， 最远的河外宇宙岛位于上百亿光年之外 。在这些宇宙岛中  ， 它们...
本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛 。
宇宙中存在着大量的宇宙岛 ， 我们能观测到的数量估计为2万亿个 。最近的河外宇宙岛离银河系只有几万光年 ， 最远的河外宇宙岛位于上百亿光年之外 。在这些宇宙岛中  ， 它们的光谱大都显示出红移 ， 而且距离越远红移值越大 。这意味着河外宇宙岛都在远去 ， 而且距离越远 ， 远离速度越快 。
如果河外宇宙岛离银河系足够远 ， 它们的退行速度甚至可以超过光速 。然而 ， 爱因斯坦的相对论又指出 ， 任何速度都不可能超过光速 。那么 ， 宇宙岛的退行速度是怎么超光速的呢？为何这样的超光速又没有与相对论相违背呢？
狭义相对论：光速怎么不可超越？
相对论是大家喜欢谈论的一个话题 ， 但这个理论很容易被误解 。宇宙中确实存一个终极速度 ， 那就是真空光速c 。而且一旦物体有静止质量 ， 光速都不可能达到 ， 更不用说超光速 ， 只有静止质量为零的东西才能以光速运动 。
需要注意的是 ， 我们通常在谈论速度时 ， 都是指物体相对于局域静止空间的速度 。但如果两个物体处于不同的空间坐标 ， 在谈论速度时就需要注意一个关键的因素——时空本身的曲率和演化 ， 这是广义相对论所讨论的范畴 。
狭义相对论的适用范围是静态且没有曲率的平坦空间 ， 但在现实中 ， 宇宙中充满了物质和能量 。在物质和能量存在的情况下 ， 时空结构会随着随时间而变化 ， 导致空间位置发生了变化 。
在诸如太阳这样的大质量天体周围 ， 空间会被弯曲 ， 处在这种弯曲空间中的物体就会加速靠近该大质量天体 ， 从而表现出引力效应 ， 这就是广义相对论对引力的解释 。即使物体没有相对于空间结构本身存在运动 ， 它也会随着空间结构的变化而发生运动 。空间就像一条传送带 ， 即便传送带上的物体是不动的 ， 但运动的传送带会带着上面的物体一起运动 。
广义相对论：宇宙岛可以超光速退行
根据广义相对论 ， 在一个各向同性且均匀的宇宙中 ， 时空想要保持静态是不可能的 ， 宇宙要么在坍缩 ， 要么在膨胀 。但爱因斯坦一开始不允许这样的事情发生 ， 他在这个理论中引入了宇宙学常数 ， 以维持时空静态 。
在20世纪20年代 ， 哈勃对宇宙岛的光谱做了详尽研究 。结果发现 ， 宇宙中的宇宙岛并不是一半蓝移一半红移 ， 而是几乎都在红移 ， 只有银河系附近的少数宇宙岛出现蓝移 ， 这表明宇宙岛基本上都在远离银河系 。
根据多普勒效应 ， 光源在逐渐远离而去时 ， 光的波长会变长 ， 这会导致出现红移 。不过 ， 宇宙岛的红移并非是狭义相对论的那种局域运动引起的 ， 因为还有一个更主要的规律 ， 这会让宇宙岛以超光速退行 。
哈勃定律
宇宙岛不仅大都在退行 ， 而去退行速度（v）还会随着距离（D）的增加而线性增加 ， 这个关系如今被称为哈勃定律 ， 比例系数被称为哈勃常数（H0） 。

根据相对论,接近光速飞行的宇宙飞船上 超大质量黑洞的第一宇宙速度可能等于光速

文章插图
唯一能够解释哈勃定律的事实是空间自身正在膨胀 。如果把气球表面比作空间结构 ， 气球上的点比作空间中的宇宙岛 。那么 ， 当气球膨胀时 ， 气球上的点就会随之被互相推开 。无论从哪个点看来 ， 其他点都在退行 ， 而且距离越远的点退行速度越快 。因此 ， 只要距离足够远 ， 宇宙岛之间的空间在单位时间内膨胀足够多 ， 就会导致宇宙岛之间以超光速退行 。
空间膨胀速度有多快？
目前 ， 哈勃常数的测量值大概为70千米/秒/百万秒差距 。百万秒差距是天文学上所使用的长度单位 ， 1百万秒差距表示326万光年 。哈勃常数表明 ， 如果两个宇宙岛的距离为326万光年 ， 那么 ， 空间膨胀会让它们以70千米/秒的速度互相远离 ， 其他距离以此类推 。


推荐阅读


上一篇：土星有多少颗卫星2020 目前土星有多少颗卫星

下一篇：世界上最丑的猫的品种 斯芬克斯猫好丑啊