11 不断地加速
空间是怎样膨胀的
以变大的球面上的蚂蚁为例,能很好地说明哈勃定律。但我们尝试用无限长的线代替球面来说明这一原理。
线上的蚂蚁
在一条线上每隔10厘米放一只蚂蚁,然后把线均匀地拉长两倍,虽然处在线上的蚂蚁自己并没有移动,但是它们之间的间距变成了20厘米。
距离发生了变化,它们相对远离的速度又是怎样的呢?如果线在1秒之内伸长为前一秒的2倍,开始距离10厘米的蚂蚁1秒后间距变成20厘米。假设这时它们相对远离的速度是每秒10厘米。等到它们之间的间距从20厘米变成40厘米,远离的速度也随之变成每秒20厘米。
这种蚂蚁不动,直线延伸的模型,能很好地用来说明哈勃定律。
宇宙也一样,星系被固定在空间,空间自己膨胀的话,也能用哈勃定律说明。
星系的大小不因宇宙膨胀而变化
宇宙膨胀经常被误解。所谓的宇宙膨胀是星系之间距离增大,并不是各星系在变大。星系的大小不因宇宙膨胀而变化,星系中恒星之间的距离也不因宇宙膨胀而改变。星系中为数众多的恒星相互间的引力刚好抵消,所以星系得以保持原来的形态。
另外,并不是所有的星系都是相互远离的。例如,银河系和仙女座星系就以每秒200千米的速度在相互靠近。在很多星系集中的领域,有时星系之间由于引力导致的相互靠近的速度大于宇宙膨胀的速度。
也就是说,星系团之内的星系之间,哈勃定律并不适用,只有相互远离的星系才适用。
哈勃开始只是观测了600万光年范围的18个星系,仅凭这样的观测成果就推导出了哈勃定律,我们不得不叹服他敏锐的洞察力和科学的思维方式。
星系远离的方式
我们把星系比作直线上爬动的蚂蚁,来了解星系是如何相互远离的。
开始时,两只蚂蚁相距10厘米,它们的相对速度为每秒1厘过了一段时间,两只蚂蚁相距达到20厘米,它们的相对速度也增为每秒2厘米。
我们把蚂蚁换成两个星系,再看这个模型。
开始时,两个星系相距10万光年,相对退行速度为每秒1万光年。
过了一段时间,两个星系之间的距离为20万光年,它们的相对退行速度也增为每秒2万光年。
我们还要排除一个误解,宇宙的膨胀并非指星系变大。
宇宙的膨胀指的是星系之间的距离的变大。
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