溝渠網(wǎng) 【科技在線】 膨脹的空間結(jié)構(gòu)意味著星系離我們越遠，其遠離我們的速度就越快。 地球鄰近的時空受太陽和其它天體引力影響而發(fā)生彎曲，它是構(gòu)成可觀測宇宙較大區(qū)域的一部分，在這個人積范圍內(nèi)，空間結(jié)構(gòu)出現(xiàn)膨脹。 我們并未觀測到空間的真實結(jié)構(gòu)，僅是宇宙物質(zhì)和輻射。 圖中頂部是宇宙物質(zhì)，中部是放射線，底部是宇宙膨脹過程中不斷變化的宇宙常數(shù)。 圖中是室女座超星系團中各種星系群凝聚在一起，在較大范圍內(nèi)，宇宙是均勻的，但是當你注意星系或者星團時，超密度和低密度的區(qū)域占據(jù)主導，而宇宙則顯得非常不均勻。 北京時間8月2日消息，據(jù)國外媒體宣傳，自上世紀30年代，科學家就知道宇宙開始膨脹，但是我們是否也隨之一起膨脹，這是科學家經(jīng)常提及的問題。一般人們的自我意識會認為宇宙不會膨脹，而是宇宙任何事物逐漸收縮，我們怎么區(qū)分其間的差異性呢? 如果宇宙處于膨脹之中，那么我們是否也會膨脹呢?目前，專門研究量子引力和高能物理的理論物理學家薩賓 霍森菲爾德(sabine hossenfelder)撰文對這一觀點進行深入拆析。他指出，使用數(shù)學做法或許是佳解答方案，但是該問題不太容易通過一系列方程式進行解答，因為此這是一個概念性問題。 薩賓指出，理解宇宙膨脹的第一條線索是空間-時間廣義相對論，而不是一個空間廣義相對論，正如1908年科學家赫爾曼 明科夫斯基(herman minkowski)所說的： 從今以后，空間就是空間，時間就是時間，只有兩者保持一個獨立現(xiàn)實體，否則它們將在陰影中逐漸消逝。 第二條線索是必需從科學測量立場進行解答，至少大體上上是這樣的。我們無法觀測空間，也無法觀測空間-時間之間的關(guān)系，我們僅能注意空間-時間怎么影響物質(zhì)和輻射，我們通過探測器能夠進行測量。 第三條線索是廣義相對論中的 相對性 ，這意味著每位觀測者可以選擇自己所描述的空間-時間關(guān)系，雖然各個注意者的計算結(jié)果都各有不同，但他們會得出相同的結(jié)論。 基于以上三條重要線索，將使我們更深入地洞悉宇宙膨脹狀況。宇宙學家使用 弗里德曼 羅伯森 沃克模型(該模型以發(fā)明者命名) 描述宇宙，基本假設(shè)是空間充滿物質(zhì)和輻射，它們在各個區(qū)域和方向都具有相同密度。正如術(shù)語所描述的，它具有均勻和等向性，這種假設(shè)被稱為 宇宙原理 。 雖然該宇宙理論初僅是一個貌似真實的假設(shè)，并且也獲得了證據(jù)支持。在大比例尺度上，物質(zhì)確實分布在宇宙各個區(qū)域。但很明顯的是，在較短距離范圍，例如：銀河系內(nèi)部，銀河系是一個盤狀結(jié)構(gòu)，多數(shù)質(zhì)量凝聚在中心隆起部分，這些物質(zhì)質(zhì)量并非均勻分布。因為此 弗里德曼 羅伯森 沃克模型 并不適用描述此類星系。 這是一個關(guān)鍵點，如果忽視它，將會混淆宇宙膨脹的起源論，描述宇宙膨脹的廣義相對論方案可以解釋愛因斯坦方程式，但它僅適用于較大的宇宙空間。但是描述星系的做法是不同的，一種做法認為宇宙不會膨脹，宇宙并非不知不覺地膨脹，而是根本不會膨脹。完善描述宇宙膨脹的處理方案是 在非膨脹星系之間膨脹空間。目前基于其數(shù)學多而雜性，該處理方案僅是通過計算機模擬獲得的結(jié)果。 你可能會問，達到怎樣的距離會出現(xiàn)宇宙膨脹?當宇宙平均體積非常大，物質(zhì)的自吸引引力弱于膨脹牽引力，對于原子核，宇宙平均體積越大，其平均密度就越小;但是只有超越了星系簇等級的范圍，才會出現(xiàn)膨脹。在非常短的距離，當核作用力和電磁作用力并未中立時，它們也會對引力牽引產(chǎn)生作用，這樣可以安全保護原子和分子，不會被宇宙膨脹撕碎。 但事實是這樣的，我所講的都依靠于一種 自然做法 ，能夠分割空間成為空間-時間。宇宙微波背景輻射(cmb)將幫助我們實現(xiàn)，分割空間和時間的做法僅有一個，宇宙微波背景輻射在全部方向上都保持相同性。分割之后，研究人員仍能采集到時間標簽，但是分割已完成。 打破科學家赫爾曼 明科夫斯基所提及空間和時間統(tǒng)一性的做法是一種 空間切片法 ，的確，這非常像切面包片，每一個切片都間隔一定的時間?？茖W家有多個做法切片面包片，也會有越來越多的做法切割空間-時間，依據(jù)霍森菲爾德所提及的第三條線索，這種情況是完全被允許的。 霍森菲爾德指出，物理學家選擇切片法的理由一般是通過巧妙地 切片 ，能夠使計算很大程度地簡單化，但是如果你真的一再，一點 宇宙切片 將證實空間不發(fā)生膨脹。然而，這些切片會變得非常棘手：不太容易對它們進行解釋，并做出計算。對于這樣的切片，例如：隨著時間的推移將你推至太空，這完全不是憑直覺完成的。 事實上，你可以在地球周圍的空間-時間范圍內(nèi)完成，你可以分割空間-時間，從而使人類周圍的空間保持平坦，盡管如此，這種分割不太容易實現(xiàn)，同時沒有任何意義。這種情況下存在第二條線索的相關(guān)性，我們真的不必討論空間怎么開始，正如你一再宇宙不會膨脹的空間定義，但是你可以想像，將定義的空間想像為一座城市，例如：美國布魯克林市，它發(fā)生膨脹。假設(shè)一個街道長1英里，第二天膨脹會使街道變成2英里，下個星期這個街道會變成10英里，以此類推，很明顯這種假設(shè)很愚蠢，是沒有意義的。 但是目前研究人員可以借助測量手段，例如：在一個固定高度，在兩個街道末端進行激光束反射測距，或者采用原子鐘測量兩次激光束反彈之間的時間間隔。你將發(fā)現(xiàn)時間間隔總是相同的。 原子鐘依靠于恒定不變的原子躍遷頻率，與重心引力相比，原子內(nèi)部的引力可以完全忽略不計數(shù)，它比重心引力低大約40個數(shù)量級，固定在一定高度可不使地球引力所造成的引力紅移。不管研究人員采用哪個坐標，總能發(fā)現(xiàn)相同和清晰的測量結(jié)果：激光反彈的時間間隔是相同的。 在宇宙學中，這將有助于弄清我們所測量的事物，我們不測量星系之間的空間大小，那我們?nèi)绾巫瞿?我們測量了遙遠星系的光線，結(jié)果表明它們存在有條不紊的紅移。一個簡單的做法可以描述這一過程，采用空間-時間分割可使計算和解釋變得更加簡單，有用于描述星系之間膨脹的空間。

因為，這個答案非常簡單。 隨著宇宙膨脹，宇宙中的任何束縛物質(zhì)都不會膨脹。 來自遙遠星系的光向紅色邊緣移動意味著哪個遙遠星系將遠離我們的地球。 如果采用空之間-時間分割法，宇宙物質(zhì)保持靜止，之后宇宙物質(zhì)的密度減少，這一點可以不援用廣義相對論進行說明。