“宇宙一直在膨胀,其膨胀速度甚至可以超过光速”,这是一种常见的说法,而根据天文学家的观测,银河系的“邻居”——仙女座星系,正在向我们冲过来,预计在大约37.5亿年之后,它就会撞上银河系。
所以就有人提出了一个问题:如果说宇宙在以超光速膨胀,为什么银河系和仙女座星系还会相撞呢?
首先要讲的是,“宇宙在以超光速膨胀”这种说法其实并不严谨,准确的说法应该是:当宇宙中两个点之间的距离达到一定的程度时,这两个点因为宇宙膨胀而相互远离的速度可以超过光速。为了说明这种现象,我们不妨来举个简单的例子。
现在我们有一把尺子,假设它因为某种机制发生了均匀的膨胀,在1秒钟之后,它膨胀成了原来的2倍(如下图所示)。
在这种情况下,尺子上的刻度会因为尺子的膨胀而相互远离,因为膨胀是均匀的,所以对于尺子上的每一个刻度而言,它与相邻的刻度相互远离的速度都是1毫米/秒。
可以看到,这种相互远离的速度会随着距离的增加而增加,具体表现为,对于尺子上的两个点而言,它们的距离每增加1毫米,其相互远离的速度就会增加1毫米/秒,比如说“0”和“1”的距离为10毫米,所以它们相互远离的速度就是每秒钟10毫米,而“0”和“5”相互远离的速度就成了每秒钟50毫米。
所以我们不难推测出,假如这把尺子原来的长度超过了299792458米,那么它的两端因为这种膨胀而相互远离的速度就超光速了(注:真空中的光速为299792458米/秒)。
同样的道理,宇宙的膨胀也是均匀的,观测数据显示,对于宇宙空间中的两个点而言,它们之间的距离每增加1百万秒差距(约为326万光年),其相互远离的速度就会增加67.80(±0.77)公里/秒,这也被称为“哈勃常数”。
据此我们就可以计算出,当宇宙中两个星系之间的距离超过了大约144亿光年的时候,它们因为宇宙膨胀而相互远离的速度就会超光速。
然而银河系和仙女座星系之间的距离“只有”大约254万光年,我们根据“哈勃常数”可以计算出,它们之间因为宇宙膨胀而相互远离的速度约为53公里/秒,这根本就谈不上超光速。
那么问题来了,虽然这种速度远低于光速,但是这也表明了银河系和仙女座星系确实在相互远离,那为什么银河系还会撞上仙女座星系呢?我们接着看。
在天文学中,星系之间因为宇宙膨胀而相互远离的现象被称为“哈勃流”,除了“哈勃流”的影响之外,星系还有其他的运动,这被称为“本动”,因为银河系和仙女座星系之间存在着引力,所以它们的“本动”就具备了让它们相互接近的速度。
我们知道,引力的大小与距离的平方是反比例关系,两个星系离得越近,它们之间的引力就越大,而通过前面的介绍可知,两个星系之间的距离越近,其受到“哈勃流”的影响就越小,所以在距离较近的情况下,引力的影响就可以占到优势。
实际上,银河系和仙女座星系的相对运动可以简单地描述为:在“哈勃流”的影响下,银河系和仙女座星系确实存在一个相互远离的速度,然而在引力的作用下,这两个星系的“本动”却又造成了它们具备一个相互接近的速度。
由于距离较近,因此在这场较量中,“哈勃流”的影响就比“本动”小,从而造成银河系和仙女座星系“相互远离的速度”低于“相互接近的速度”,如此一来,它们之间的距离就会不断缩小,并最终撞在一起。
好了,今天我们就先讲到这里,欢迎大家关注我们,我们下次再见。