我们在“问物理学家”的Facebook页面上收到了以下问题,这真的让我们有些挠头:空间的维度是恒定的吗?今天的米和明天的米一样吗?他的想法是,如果一切都在绝对尺度上均匀地膨胀或收缩,嵌入膨胀或收缩矩阵中的观察者将观察到米保持不变。这个问题是基于这样一种理解,即宇宙在膨胀,考虑到我们讨论的是时空,而速度是用距离除以时间计算的,问题提供者的假设是速度是恒定的。我们将在下面讨论这些问题和假设。
一米是一米
简而言之,米就是米——它是常数,因为有边界的物体(人、岩石、行星、星系等)是固定的。扩展的是有界物体之间的空间。也就是说,宇宙在膨胀,但你、我和我们所在的星球没有膨胀,但我们相对于宇宙中其他有边界的物体在运动。这意味着我们在地球上(位于银河系)和我们最近的星系安多母星系(以及其他星系)中有边界的物体之间的距离正在增加。多亏了很酷的技术,比如LIGO引力波探测器,它对距离的变化很敏感,小到质子宽度的0.1%,我们可以量化这一点。伊森·西格尔很好地解释了这一点这篇文章
LIGO代表,激光干涉仪引力波天文台
这里常用的一个类比是发酵的面包,最好的解释由伊森在福布斯文章中再次链接
处女座LIGO的图像(意大利比萨附近)。图片:处女座合作/CCO 1.0
距离在变化,速度=距离/时间
我们认为我们的问题提供者可能对宇宙膨胀有一个小小的误解。在我们地球上的参照系中,米是恒定的,速度也是恒定的。
但当一个人或物体相对于另一个人或物体移动时,情况就变得复杂了。我们的参照系改变了。
例如,测量速度的方程“v=d/t”在第一个例子中是成立的,但如果你考虑光在两个星系之间传播,你不能仅仅用两个星系之间的当前距离除以光在它们之间传播的时间,就说这是光速,因为星系一直在随着宇宙的膨胀而移动,不再处于相同的位置,因为我们需要考虑重力及其对时空曲率的影响,以澄清这一点,检查这个Big Think网页
这wiki页面有更专业的解释吗
非常感谢FLEET的Dimi Culcer和Yik Lee在这个问题上的帮助
图片:美国宇航局,戈达德太空飞行中心
