Thuyết tương đối hẹp của Einstein cho rằng tốc độ ánh sáng trong vũ trụ là nhanh nhất, và mọi chuyển động của vật chất không thể vượt qua tốc độ ánh sáng. Tuy nhiên, trong mô hình chuẩn của vũ trụ, sự giãn nở của vũ trụ vượt quá tốc độ ánh sáng, theo một cách đã được chứng minh là rất khó hiểu, vì chuyển động của vật chất không thể vượt quá tốc độ ánh sáng. tốc độ ánh sáng, vậy tại sao sự giãn nở của vũ trụ lại nhanh hơn tốc độ ánh sáng?
Trên thực tế, bản chất của câu trả lời cho những câu hỏi này là sự khác biệt giữa sự giãn nở của vũ trụ nhanh hơn tốc độ ánh sáng và tốc độ ánh sáng trong chuyển động của các vật thể. Nói một cách đơn giản, tốc độ của rào cản ánh sáng chỉ có thể áp dụng cho các vật thể có khối lượng tĩnh, không thể vượt quá tốc độ ánh sáng, ngược lại sự giãn nở của vũ trụ là sự giãn nở của không-thời gian. Bản thân không-thời gian không có khối lượng, và tất nhiên nó không bị giới hạn bởi tốc độ ánh sáng.
Sự giãn nở của vũ trụ là gì?
Sự giãn nở vũ trụ dùng để chỉ sự giãn nở liên tục của toàn bộ vũ trụ trên quy mô lớn, điều này lần đầu tiên được phát hiện và cung cấp bởi nhà thiên văn học nổi tiếng người Mỹ Edwin Hubble. Trong ký ức của ông, kính viễn vọng không gian hiện đại đầu tiên của nhân loại được đặt theo tên ông. Sau khi Kính viễn vọng Không gian Hubble được đưa lên bầu trời, nó đã mở rộng đáng kể tầm nhìn của nhân loại và hiểu biết sâu sắc hơn về vũ trụ.
Hubble đã đưa ra kết luận về sự giãn nở của vũ trụ vào năm 1929 dựa trên những quan sát trong thời gian dài. Kết luận là toàn bộ vũ trụ đang giãn nở và đồng nhất, tất cả các thiên hà đều tách ra khỏi nhau, càng ngày càng xa nhau.
Từ đó, ông suy ra định luật Hubble, được biểu diễn đơn giản là: V = HD. Ở đây V đại diện cho tốc độ thoái lui của thiên hà; H đại diện cho hằng số Hubble, được định nghĩa là tốc độ hồi quy của thiên hà ở khoảng cách 10Mpc so với chúng ta, tính bằng s / km; D đại diện cho khoảng cách thực tế giữa thiên hà và chúng ta. Mpc là một đơn vị của megaparsec, và 1pc (parsec) là khoảng 3,26 năm ánh sáng.
Tuyên bố này hoàn toàn phù hợp với mô tả của Einstein về thuyết tương đối rộng, và giải quyết mâu thuẫn giữa lý thuyết trường của Einstein và lý thuyết không-thời gian tuyệt đối, do đó bổ sung một phần bằng chứng chính và quan trọng cho mô hình. vũ trụ vụ nổ lớn, cho thấy vũ trụ bắt đầu với một vụ nổ kỳ dị, sự giãn nở không bao giờ dừng lại.
Để dễ hình dung, có thể hình dung sự giãn nở của vũ trụ giống như khi chúng ta nướng bánh mì, bánh mì là thời gian và không gian, khi nướng bánh mì sẽ nở ra và nho khô bên trong. Trong một chiếc bánh mì giống như dải ngân hà, nho khô hoàn toàn không di chuyển mà chúng tách ra xa hơn khi bánh mì nở ra.
Khi không gian mở rộng, các thiên hà sẽ ngày càng tách rời nhau, dường như đang di chuyển ra xa nhau. Sự giãn nở của vũ trụ chỉ là sự giãn nở của không-thời gian, không phải là chuyển động của các vật thể có khối lượng nên không bị giới hạn bởi tốc độ của các vật thể nhẹ.
Tốc độ giãn nở của vũ trụ được tính như thế nào?
Việc tính toán tốc độ giãn nở của vũ trụ dựa trên định luật Hubble. Như đã đề cập trước đó, V đại diện cho tổng vận tốc, H đại diện cho hằng số Hubble và D đại diện cho khoảng cách thực tế. Theo công thức này, trước tiên phải biết hằng số Hubble, sau đó có thể thay thế dữ liệu để tính toán.
Để có được hằng số Hubble chính xác, trong nhiều thập kỷ, nhiều nhà thiên văn học đã thử rất nhiều công việc đo đạc và thu được một số dữ liệu đại diện:
Năm 2006, Trung tâm Chuyến bay Vũ trụ Marshall đã sử dụng kính thiên văn tia X Chandra để thu được tốc độ đọc 77km / s, với sai số khoảng 15%; năm 2009, NASA thu được kết quả 74,2 ± 3,6km / s dựa trên phép đo của một siêu tân tinh; Năm 2013, kết quả ESA dựa trên phép đo vệ tinh Planck là 67,8 ± 0,77km / s; vào năm 2019, các nhà khoa học Đức đã sử dụng hiệu ứng thấu kính hấp dẫn để thu được kết quả là 82,4km / s.
Dữ liệu đo lường theo từng phương pháp không hoàn toàn nhất quán, thậm chí có sự khác biệt lớn. Tuổi và tốc độ giãn nở của vũ trụ được tính toán từ các dữ liệu khác nhau là khác nhau. Do đó, chúng tôi sẽ điều chỉnh những dữ liệu này và lấy giá trị trung bình: (67,8 + 77 + 74,2 + 82,4) /4=75,35km.
Có nghĩa là, ở khoảng cách 3,26 triệu năm ánh sáng so với chúng ta, tốc độ của thiên hà rời khỏi chúng ta là khoảng 75,35km / s. Theo thỏa hiệp này, hằng số Hubble được sử dụng để tính toán tốc độ giãn nở của vũ trụ. Theo nguyên tắc đẳng hướng, càng xa, càng nhanh, và nguyên lý tỷ lệ thuận với khoảng cách, tốc độ rút lui của các thiên hà so với chúng ta ở bất kỳ khoảng cách nào đều có thể được tính toán.
Ví dụ, cách xa 3,26 triệu năm ánh sáng là 75,35km / s; cách chúng ta 100 triệu năm ánh sáng là 2311,35km / s.
Bán kính của vũ trụ có thể quan sát được của chúng ta là 46,5 tỷ năm ánh sáng, có nghĩa là thiên hà xa chúng ta nhất có tốc độ là 1074777,75km / s khi nó di chuyển ra xa chúng ta. Tốc độ này gấp khoảng 3,58 lần tốc độ ánh sáng, đó là lý do tại sao cái gọi là vũ trụ đang giãn nở nhanh hơn tốc độ ánh sáng.
Tổng hợp: Công Nghệ Chính Nhân
