宇宙膨胀率是怎样的

　　宇宙膨胀是20世纪重大发现之一。无论是邻近的星系还是遥远的星系都在远离我们，只是遥远的星系远离的速度更快些，就好像整个空间正在被拉伸。那么你知道宇宙的膨胀率是怎样的吗?

　　宇宙膨胀率

　　美国天文学家首次直接观测到了一颗造父变星的直径变化，从而能直接计算它与地球之间的距离。这将有助于更精确地测量各星系与地球的距离，“校准”宇宙膨胀率。

　　造父变星是亮度会发生周期性变化的一类恒星，北极星就是其中之一。据认为，这类恒星会像做“深呼吸”一样不断膨胀与收缩，产生光变。观测发现，造父变星的光变周期与其真实亮度(绝对光度)有关，因此从地球上观测到的亮度(视星等)同它们与地球的距离相关。如果得知一颗造父变星与地球间的确切距离，利用其它造父变星的视星等与绝对光度数据，就可以推算出这些变星的距离，从而确定它们所在的星系与地球的距离。而星系距离正是计算宇宙膨胀率的基础。但离地球最近的造父变星——北极星离地球也有几百光年，难以用传统的视差法直接测量其距离。以往科学家只能用间接方法估算含有造父变星的星群的距离，进而推断其它星系的距离。美国加州工学院帕洛马天文台的科学家在最新出版的英国《自然》杂志上报告说，他们采用“光学干涉测量”技术，使两台小型望远镜发挥一台大型望远镜的效果，直接观察到了“双子座泽塔”造父变星的膨胀与收缩。“双子座泽塔”是迄今发现的最亮的造父变星之一，离地球约1000光年。利用它的尺寸变化与亮度数据，就能直接计算它与地球的确切距离。在此基础上，科学家可以更精确地计算其它含有造父变星的星系与地球的距离。

　　拓展

　　牛顿曾经设想宇宙是网格状的，它是一个固定的实体，星球通过万有引力互相吸引着从而维持平衡。后来爱因斯坦发现，宇宙并不是像牛顿描述的那样，这张网并不是固定的，相反，由于物质和能量的存在，这张网是可以扭曲拉伸的，而且这些物质和能量可以决定这张网是如何被拉伸的。

　　根据相对论的解释，当一个有质量的物体体积趋于0时，其引力会达到无法想象的地步，从而改变空间，导致光都无法在其空间里逃避，进而形成时空扭曲

　　但是如果这个宇宙仅仅只有一些质量重大的星球，难免会有重力塌缩，形成黑洞进而毁灭宇宙。爱因斯坦觉得这样明显是错误的，于是他引入了一个宇宙学常数进行修复。这个参数可以防止重力塌缩，并使宇宙处于一个近乎恒定的状态。

　　但并不是所有人都支持爱因斯坦的观点，亚历山大·弗里德曼就是其中一个质疑者。他说，假如没有引入宇宙学常数，那么这个拥有各种物质，辐射，灰尘、液体的宇宙将变得蠢蠢欲动，也就是变成一个收缩的宇宙或者膨胀的宇宙。

　　数学计算只能告诉我们宇宙演化方式“解的个数”，我们还需通过物理意义找到唯一解。这个物理意义在20世纪20年代被哈勃找到了。哈勃发现，一个星球是可以在其他星系被观测到的，并且可以确定观察者与该星球的距离。维斯托·斯里弗在星系的谱线中发现了红移，将两位学者的工作结合在一起，这时候一个令人难以置信的结果诞生了。

　　要么相对论错了，我们的地球处于宇宙中心，一切都对称地远离我们;要么相对论、亚历山大·弗里德曼是对的，远处的星系远离的速度之快超过我们能观察的范围。宇宙膨胀慢慢地成为描述宇宙变化的学说。

　　如果说宇宙一直在膨胀，这不是和我们日常生活观察到的不相符合吗?我们很难想象，随着时间推移这张网慢慢地被拉扯，一直在变大，网里的东西互相拉扯着，那么网里的物质随着网的变形，密度也在慢慢变小。

　　图中蓝色的区域是密度较大的区域，这些区域是通过引力作用慢慢聚集在一起的，随着时间的推移这些区域很可能形成星球或者星系。红色区域表示该区域温度较高，原因是这些区域存在着引力势阱

　　但是，宇宙的对称性并不是十分完美，它有一些质量密集的区域，例如行星，恒星，星系和星系团，也有一些密度极小的区域，例如巨大的宇宙空洞，这个空洞几乎没有质量。之所以会有那些区域，是因为宇宙还存在其他的物理现象。在小尺度上，如动物，此时电磁力和核力起主要作用;在大尺度上，如行星、太阳系、星系，则引力占据主导地位。

　　宇宙的膨胀和宇宙万物之间万有引力的竞争是整个宇宙最大的竞争。在大尺度范围里，宇宙膨胀胜出，因此遥远的星系还在继续远离我们，即使我们发射的信号的传播速度和光速一样，也无法到达那些遥远的星系。宇宙中的一些超星系团随着宇宙的膨胀被慢慢的拉开，在较短的时间内，它们将不复存在，即使是离我们最近的(只有5000万光年)处女座星系，也无法通过万有引力把地球或者太阳系吸过去。即使万有引力很强，宇宙的膨胀也会将它的作用抹去。

　　但是，在小尺寸的范围里，宇宙扩张被万有引力抵消。在处女座星系里，存在着引力的约束。银河系中的星球，通过万有引力牢牢地束缚在一起。地球的公转轨道距离不会变大，原子也不会扩张。也就是说，如果某区域的引力、电磁力、核力等不能抵消宇宙膨胀的“张力”，那么该区域就会持续膨胀，但是如果该区域存在着可以抵消“张力”的其他力，此区域就不会膨胀。

　　万有引力的作用使得宇宙膨胀不能在小尺寸的范围里实现，这是很微妙的，与其说宇宙膨胀是某种“张力”的作用，不如说宇宙以一定的速度扩张。总的来说，无论是大尺度范围还是小尺度范围都具有这个扩张的“分速度”，但是整体表现出来是怎样的，还得看“合速度”。虽然两点之间有相互远离的“分速度”，但是如果这个“分速度”小于逃逸速度(两者刚要互相远离的临界速度)，也就是说如果两者之间的相互作用力大于宇宙膨胀的速度，那么他们之间的距离就不会增加，此时我们也就观察不到宇宙膨胀现象。在任何时刻，宇宙膨胀的速度被抵消，因此就不会有膨胀现象，稳定的相互作用力维持了小尺寸范围内物体的稳定。

　　宇宙膨胀现象的确存在，我们的某些测量数据也证实了这一点。暗能量(编者注：暗能量是一种充溢空间的、增加宇宙膨胀速度的难以察觉的能量形式)的存在使得遥远的星系加速离开我们，但是也存在距离固定不变的区域。但是，在2003年有人提出宇宙大撕裂假说，关于宇宙的终极命运，假说中认为宇宙中的物质，从恒星和星系到原子和次原子粒子，在有限时间的未来会因为宇宙的膨胀进一步的被撕裂，理论上，宇宙的尺度因素在未来有限的时间会变得无限大。也就是说，如果该假说成立，那么咱们之前结论就有错误，因为此时距离是一定会变大的。