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  • 1 # 江湖一筒

    人們已經知道,到一個星系的距離與它的後退速度成正比。這就是所謂的哈勃定律,20世紀20年代末,哈勃望遠鏡的觀測實現了對它的論證。事實證明,如果假設宇宙是均勻和各向同性的(我們認為確實如此),那麼哈勃定律也可以透過理論來預測距離。

    星系後退速度與星系距離的比例常數稱為哈勃常數。自從“哈勃常數”這個術語被創造出來以來,天文學家們就一直試圖測量它:最簡單的方法就是觀察星系的後退速度,而星系的後退速度是透過其他方法來得知的(比如觀察變星的週期)。目前對哈勃常數的最佳估計是每秒20公里,所以一個後退速度為每秒2000公里的星系距離100百萬光年,依此類推。

    因此,我們可以利用哈勃定律,透過簡單地測量星系的紅移來確定星系的距離,這是一件相對容易的事情,即使對於非常遙遠的物體也是如此。我們還可以估算宇宙的年齡:你會注意到哈勃常數的單位實際上是1/時間,所以1/哈勃常數一定是宇宙的特徵年齡。根據上面的哈勃常數,我們計算出宇宙大約有140億年的歷史。

    現在讓我們來看看複雜的答案:事實證明,對於“非常”遙遠的物體(比如紅移為2或更大的物體)來說,哈勃定律並不適用。因為在非常遙遠的距離上,我們必須開始考慮宇宙的(四維)曲率。一個更重要的影響因素是,在大多數宇宙學中,哈勃常數並不是一個真正的常數:它實際上隨著時間的推移而增加,所以它的值在紅移5的星系中與今天不同。

    所以,得到的估計距離星系和宇宙的年齡,天文學家必須假設宇宙的一組宇宙學引數(例如,它所包含的“正常”物質的總量)和模型其年齡和距離的星系紅移的函式透過整合宇宙進化的運動方程。他們得到的答案與我們之前估計的沒有太大的不同,但是對於瞭解高紅移的星系是很重要的(例如,提取它們的大小線性地取決於它們的距離,它們的質量取決於距離的平方)。

    然而,從所有的意圖和目的來看,哈勃定律是一個非常強大的工具,可以從速度推算出距離(課堂上對這個問題的講解可能也就到此了)。

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