江苏龙网

  1. 首页 > 人文 > >

天文在线■那我们怎么能看到460亿光年外的星系呢，如果宇宙的寿命是136亿年

我们的观测极限是多少？宇宙的边缘究竟与我们有多远？为何会有这么大的差距？这背后包含了简单的物理知识 。
据估计 ， 我们的宇宙寿命为137.7亿年 。 我们能够观测到的最远的物体与我们的距离大约略小于134亿光年 。 然而 ， 理论可观测的宇宙边缘与我们之间的所谓的“正确”距离被估计到了465亿光年 。 宇宙是怎么能够比根据能观测到的最远物体所推测出的范围实际大这么多呢？
这里就提出一个有关消逝的火车和它的汽笛的类比 ， 以此作为较全面的实验分析来回答上面的问题 。
天文在线■那我们怎么能看到460亿光年外的星系呢，如果宇宙的寿命是136亿年
文章图片
图片来源：”ANewWaytoMeasuretheAgeoftheMilkyWay”,2019,来自universetoday.
设想当我们到达火车站时 ， 火车已经驶离车站 。 5分钟之后 ， 我们听到了火车发出的汽笛声 。 这时 ， 火车距离我们多远呢？很明显 ， 我们可以通过推算（见下文）来判断火车发出汽笛声时行驶到了哪里(距离一) 。 然而 ， 由于声音传到我们的耳中需要时间 ， 当我们听到汽笛声时 ， 火车已经行驶了一段距离 。 所以 ， 在听到汽笛声时 ， 火车在轨道上行驶实际距离会更远（距离二） 。 在这里 ， 距离一就好比134亿光年的距离 ， 而距离二就相当于465亿光年的距离 。
下面通过一些数字计算来进一步阐明火车类比理论 。
天文在线■那我们怎么能看到460亿光年外的星系呢，如果宇宙的寿命是136亿年
文章图片
图片来源：”Dopplereffectexperiment,1845” ， 来自sciencephoto.
先假设之前已经测量过了火车静止并与我们较近时其汽笛所发出的声音强度 。 同时 ， 我们也已经测量过了此时汽笛声的音调（声波的振动频率） 。
利用以上的信息我们就可以结合声压对数距离定理来推测火车到底离我们有多远 。 声压对数距离定理指的是当声压每降低6分贝时 ， 声源和听者之间的距离就增加一倍 。
天文在线■那我们怎么能看到460亿光年外的星系呢，如果宇宙的寿命是136亿年
文章图片
【例如：假设火车距离我们100米时 ， 其汽笛声的声强为100分贝（已经非常响了） 。 当火车开始移动 ， 并且在10秒之后拉响汽笛 ， 这时我们测量到的汽笛声声强为94分贝（降低了6分贝） 。 利用声压对数距离定理 ， 此时火车与我们的距离就为200米】
所以 ， 当距离非常远的火车拉响了汽笛声时 ， 我们测量到的声强为70分贝 ， 那么 ， 由于此时声强比距离100米时降低了30分贝（5×6分贝） ， 我们就能估计当火车拉响汽笛时 ， 它与我们的距离是3200米 。 （由于100米×25=3200米）
天文在线■那我们怎么能看到460亿光年外的星系呢，如果宇宙的寿命是136亿年
文章图片
与此同时 ， 我们也能够觉察到汽笛声的音调有所下降 ， 也就是声音的频率降低了 。 这意味着这列火车并不是静止不动的 ， 而是离我们越来越远 。 这是由于多普勒效应延展了声波频率 。 通过测量声音频率变化后的大小 ， 并与火车静止时汽笛声的频率相比较 ， 我们就能计算出火车的运行速度 。
现在让我们假设火车汽笛声的音调得到了足够的伸展（降低） ， 因此通过计算可以知道火车正在以240km/h的速度行驶 。
所以这时 ， 加上之前的假设 ， 可以知道火车与我们的距离为3200米 ， 并且拉响汽笛时 ， 它的行驶速度为240km/h 。
这个数据就好比我们观测到的宇宙半径为134亿光年：好像是与我们距离最远134亿光年的星系发出了光芒 。
天文在线■那我们怎么能看到460亿光年外的星系呢，如果宇宙的寿命是136亿年
文章图片
但由于声波需要通过一定的时间才能够被我们接收 ， 我们还需要知道的是当我们最终听到汽笛声时 ， 火车到底在哪里（它的正确距离） 。
众所周知 ， 声音在空气中传播速度为340m/s（1224km/h） ， 所以将3200m除以340m/s为9.4s后 ， 可以知道该情况下汽笛声花了9.4秒传播到我们所在位置 。


推荐阅读


上一篇：[宅女爆料]手机信号栏中的" HD"符号是什么意思？网友：不早说

下一篇：#第一财经#疫情导致多个车展延期，车企通过哪种平台与消费者交流？