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新研究:人類對宇宙的認知受到挑戰,我們了解的宇宙常識可能是錯的!
2023/04/21

隨著科學家對于宇宙的探索,我們認知中的關于宇宙的知識也逐漸的豐富。最近,國外的一個研究所通過觀測「造父變星」,提高了「標準燭光」的精度,讓人類對于宇宙的測量有了更精確的標尺。

但隨著研究的進行,科學家卻發現了一個十分嚴重的問題。

那就是隨著研究的深入,人們對于宇宙的基礎認知有了質疑,我們之前對于宇宙的了解可能是錯誤的!

什麼是「標準燭光?

對于宇宙的測量有很多方法,比較常用的一個就是利用光線進行測量。

宇宙中存在某些特殊的發光天體,因為一些特殊原因,我們能夠預先知道這些天體在某一時期放出光線的強度,再根據觀測到的光強進行比較,這樣就能夠根據光線衰變的強弱推算出這個天體距離地球的距離。作為測量工具的光線被稱為「標準燭光」。

但是,即便是恒星在茫茫宇宙中也會存在特殊情況導致自身的光線出現波動,導致測量的精度變差。為了解決這一問題,科學家一般都是采用多顆發光天體進行同步測量,這樣的測距能夠保證更加的準確。

這些發光天體中,最為常用的就是「造父變星」。這并不是一顆發光天體,而是一類發光天體的總稱。

宇宙中存在大量的恒星,一些品質極大的恒星在生命的末期就會變得不穩定,所發射的光線的強度也會出現波動。

這一現象被科學家稱為脈動現象,這一類的天體也被稱為脈動變星。在脈動變星之中,光強變動最為規律,自身光強又很大。

1784年科學家古德利發現的第一顆脈動變星被稱為「造父變星」,後來更名為造父一。根據這顆天體的光強變化周期定義了「光變周期」,所有符合這一周期的恒星都被命名為「造父變星」。

這次科學家通過「造父變星」的測量重新定義了宇宙的膨脹速度,但這個結果卻與其他的科學家以不同方式測出的結果存在差異。

而且,隨著測量精度的提高,宇宙膨脹速率的差值也逐漸成為一個固定的常量。

作為對照組的就是利用宇宙微波背景輻射進行測量宇宙的方式。宇宙微波作為宇宙大爆炸之后的古老「光輝」,通過宇宙微波的衰變與現在的宇宙微波進行對比,通過普朗克常量建立起一個數學模型就能夠計算出宇宙的膨脹速率。

這兩種方式如果都沒有問題的話,那麼這個誤差就應該是宇宙中某一種我們所未知的物質導致的,就是這種未知的物質可能會推翻我們所有的宇宙常識。如果是這兩種測量方式錯誤了呢?

對于這種質疑,科學家也通過其他的方式進行測量。首先就是利用無線電的反射進行距離測量,但這個方式有一個缺陷,那就是只能測量距離地球很近的天體。比如,地球與月球的測距就是利用這樣的方式。

科學家對于這一情況測量后,發現月球與地球之間的距離正在逐年增加,通過對土星與銀河系部分天體的距離測量,證實了宇宙正在膨脹,在等比例擴大后,這個數據就沒有參考意義了。

就像是一個氣球,一旦吹鼓,在球心附近,膨脹速率是最慢的,越靠近外層,膨脹速率就會越快。

另一種方式-紅移

另一種方式也被科學家搬出來,那就是紅移。跟無線電測距類似,這次使用的是光線進行測量。根據生活常識,聲源臨近觀測者,聲音的頻率會提高,而遠離觀測者,聲音的頻率就會變低,光波也會有這樣的情況。

在宇宙中,遙遠星系發出的光會被某些粒子吸收,這樣就會出現光譜。根據上述的現象,恒星遠離我們越快,波長的頻率就會變慢,接收到的波長就會發生對應的變化,距離光譜的紅色端就越近,這就是紅移。

科學家通過測算,確認了宇宙距離地球越遠的地方,其膨脹速率就越快,這就是哈勃定律。

紅移現象正是佐證了這一定律,科學家也將紅移現象與「標準燭光」進行整合,用以測定宇宙的膨脹速率,但這個測定值與單純的宇宙微波測定也有固定的差值。

這一結果讓科學家百思不得其解,有些科學家提出,這一結果可能是暗物質,暗能量的影響。但很多科學家又提出了新的猜想,那就是測定的對象可能有問題。

我們現在進行測量的天體都是距離地球百億光年的天體,如果超過這一距離呢?距離地球越遠的天體,遠離地球的速度越快,那這個速率可不可能超過光速呢?

目前,科學家認定,宇宙的直徑大約是930億光年,但這或許不是宇宙的直徑,而是觀測的極限距離。

如果超過這一直徑的天體,會不會以超越光速的速度遠離地球,宇宙的膨脹速率是不是也會超過光速?如果超過光速,按照相對論的定論,那科學家利用光進行測量的宇宙膨脹速度就是不準確的。

因為根據相對論的內容,如果一個物質以光速進行運動,那麼這個物體就處于無重力狀態,物體周圍的時間也會靜止。這樣的話,兩個遙遠的星系對于各自所在的空間是不變的,變化的中間的距離。

也就是說,這個膨脹速率是兩個天體之間的空間的膨脹速率。而這兩個天體的空間一定不是宇宙的邊界,畢竟地球應該不是宇宙的一端。

這樣的話,因為所處的空間不一致,可能導致時間這一維度的衡量也會不一致。因此,以地球的角度測量宇宙的膨脹速率本身就是存在誤差的。

科學家提出,宇宙的膨脹正在加速,也就是說在可觀測距離內,觀測星系正在加速遠離我們。這樣的話,或許我們能夠觀測的邊界會進一步「縮短」,直到這些星系以光速遠離我們,讓我們無法觀測。

根據廣義相對論,宇宙或許是一個能夠與自身時空內部所有的一切進行互動的,但阻止人類對于宇宙進行更深入探索的就是光,光的速度讓人類難以進行深入探索。

不論如何,科學家對于宇宙的膨脹速率的研究一定會繼續下去,但這次測量的結果或許讓科學家對宇宙的神秘有了更深的認識。對于之后的研究,科學家可能會根據這一結果對暗物質,宇宙空間與時間的連續性等天文概念進行修正。

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