宇宙中心在哪里?图文并茂告诉你(走向宇宙中心)

如果宇宙真的在膨胀,就像许多专家所说的那样;那么,用外行的话来说,为什么不可能确定宇宙的中心呢?

最初的回答:如果宇宙真的在膨胀,就像许多专家所说的那样;那么,用外行的话来说,为什么不可能确定宇宙的中心呢?

宇宙中心在哪里?图文并茂告诉你(走向宇宙中心)

问:如果宇宙真的在膨胀,就像许多专家所说的那样;那么,用外行的话来说,为什么不可能确定宇宙的中心呢?

答:因为就没有一个那样的中心。

可能需要一些文本来解释其原因,我先对将要出现的大量图文表示歉意。

这是我们在望远镜中看到的:

宇宙中心在哪里?图文并茂告诉你(走向宇宙中心)

图源:quora

竖向“磁力”轴测量的,是遥远星系中,1A型超新星的表现亮度,比如,这颗超新星看上去有多亮。横向“红移”轴测量其光谱中的光向红移了多少。

那为什么我们要测量这两样呢?

让我们从亮度开始。 1A型超新星的形成时,白矮星通过吸食邻近恒星的外层从而“吞噬”整个恒星,因此其质量也大幅增加。当它们达到特定质量时—准确地说是1.4个太阳质量—它们再也无法支撑自己的质量了,它们会因此向内坍塌,进而爆炸。爆炸总是在这样的质量时发生,因为白矮星进食过多,而使质量逐渐攀升,因此它们总是释放出完全相同的能量。这意味着它们始终具有完全相同的亮度

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但是,就像汽车前灯在远处显得较暗,在接近时会更亮,恒星和超新星也在远处显得较暗。我们知道距离和亮度之间的关系–这称为平方反比定律。如果将距离增加一倍,则光的传播面积将增加四倍,这意味着每平方米的光量是原始光量的四分之一。这也意味着,如果我们知道某个物体的真实亮度,并且可以测量它看起来有多亮,我们就可以测量出距离。这意味着表现亮度就是测量遥远超新星的一种标尺。图表中的点越高,超新星的距离就越远。

红移轴测量了另一件事:超新星的光向红移了多少。通常用纳斯卡赛车或一级方程式赛车经过路旁某人的镜头来解释:你知道的,那种改变了音高的汽车呼啸声。这是因为汽车向你靠近时,声波被压缩了;而驶离你的位置时,声波会扩大。较短的声波音调较高,较长的声波音调较低。

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光实际上可以做差不多的事情。如果光源向你移动,则波长会被压缩,光看着会更蓝。如果光远离你,则波长会扩展,意味着光线变红。它移开的速度越快,光线就会变得越红。因此,通过测量遥远超新星的颜色,我们可以测量它在以怎样的速度离开我们。

这张图告诉我们的就是:超新星离得越远,它离开我们的速度就越快。

看了这么多,如果你还没有睡着的话,那么你可能得出结论,如果一切都在远离我们而去,那意味着这里就是宇宙的中心!

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额……差不多吧。还有另一件事要看看。 想象一下,我们将上面所有有超新星的星系都包括。 我们知道他们所处的方向,也知道距离,因此我们可以绘制他们现在的位置的地图,向这样:

宇宙中心在哪里?图文并茂告诉你(走向宇宙中心)

图源:quora

不仅如此,我们还知道它们驶离的速度。 也就是说,我们可以知道,比如说一百万年前,它们所在的位置。 然后我们就得到一张看起来像这样的地图:

宇宙中心在哪里?图文并茂告诉你(走向宇宙中心)

图源:quora

然后将一张图放在另一张上,如下所示:

宇宙中心在哪里?图文并茂告诉你(走向宇宙中心)

图源:quora

现在,你几乎可以看到红移、速度和距离之间的关系了。

“啊哈! 证实了! 靠近中间的那个星系一定是宇宙的中心!”

是吗? 你可以通过其他方式来覆盖地图,例如:

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图源:quora

或者像这样:

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图源:quora

或者这样:

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图源:quora

无论你将哪个星系指定为“家”,宇宙看起来都一样。无论将望远镜放在何处,您都将发现距离和速度的关系是完全相同的。

这意味着宇宙没有真正的中心。宇宙并不是只从某一点开始扩张的。它从各个点进行扩展。

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你取消了之前的气球类比,挺可惜的,因为这就是气球类比怎么产生的。有人认为,如果你有一个二维的宇宙图,就像上面那些图,然后将其包裹在气球的表面上,然后对气球充气,那你就有了一个很好的宇宙膨胀模型。无论你关注哪个星系,都将看到完全相同的变化。

扩展的气球表面上没有中心。它只是扩展。如果真的有中心的话,那就是在表面之外,即在宇宙之外。而我们的大脑通常想象不出啥是“宇宙之外”,所以我们常常在“宇宙在膨胀”这里就停住了,不往下想了。少点儿头疼。

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听起来挺迷幻的,但这就是宇宙的表现方式。

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