宇宙星系百余亿光年的测距是怎么来的？

地学演绎 莫如波 2003.1.

  据新闻媒体报道，天文观测发现了距地球百余亿光年的遥远星系，见新闻链接。

  然而，宇宙的年龄是140±5亿年，这百余亿光年的观测距离是如何得到的，总是叫人摸不着头脑，由此对其作如下几种推测：

  1.宇宙从大爆炸时开始就以接近光的速度膨胀，拓展开足够的空间，让刚离开爆炸中心仅6亿年的星系发出的光经过134亿年的时间完成了134亿光年的距离到达地球。

  假如宇宙膨胀的速度没有这么大，如只有2/3光速，也许距离地球134亿光年的星星是存在的，但因该星在前往离地球134亿光年的那个位置过程已经用去了五六十亿年，它到达那个位置后向地球发出的光还要再等六七十亿年才能到达地球，是不能被今天的我们所观测得到的。

  2.宇宙大爆炸刚开始时是以近光速炸开的，由于非常接近于光速，时间几乎是停滞不前的，巨大的宇宙便在非常的短的时间里形成，也就是，一觉醒来，达134亿光年宽度以上的宇宙空间也就形成了（-时间停滞的宇宙暴胀),加上以后的宇宙膨胀，今天的宇宙是难以想象的大。

  3.红移与距离关系出错。按作者理解，红移量是由地球与那个星系相互背向的逃离速度所决定的，但最古老最遥远的星系红移量大也可能仅由宇宙大爆炸初期星系以近光速逃离所引起，也就是说那个红移量仅能说明早期的星系以更大的、接近光的速度逃离，如果后来膨胀速度变慢了，用那个红移算得的星系距离就会偏大，而那个星系的实际距离远达不到134亿光年之遥。如果是属于这种情况，还可以得出这样的结论：宇宙是在减速膨胀而不是在加速膨胀。

  4.还有一种可能，宇宙中存在大量的星系，而且96%质量的宇宙可能是暗物质、暗能量，由于引力和宇宙粒子的作用，光在宇宙中的传递过程发生了弯曲、绕圈或减速，使光到达地球的路径和时间变长了许多。

  属3的可能性更大，也就是：最遥远最古老的星系发生最强的红移说明宇宙大爆炸初期是以更大的、接近光的速度飞离的，后来膨胀速度变慢，宇宙是在减速膨胀而不是加速膨胀。

  对光波在星际旅行中产生红移的理解：（Mrbosh）

  一种是用多普勒效应来解释，原理就象两列逆行相互离去的火车间的声波传播。理解为由星系与地球之间的背向退行运动所引起。由于宇宙在不断膨胀，所有的星系间都在作离开运动，为了说明光子在宇宙空间的传递，先假设宇宙中有一个相对静止的参照点，然后假设离地球几十亿光年的一个的星系在几十亿年前相对于地球作快速退行，边退行边向地球这方向的太空抛下光子，结果是所发出的光波波长就被拉长，当光波到达地球时，由于地球相对于宇宙静止参照点也在运动，我们接收光波时光波再次被拉长，两次叠加就有了所观测到的红移量。在光子运行过程中，由于几十亿年的退行加速，光子离开那个星系时和光子到达地球时星系的退行速度是大不一样的，也就是说随着时间的推移，观测到的那个星光是逐渐变红的，要用红移量、退行速度来计算星系的距离估计难度会很大，不会仅是个哈勃常数那么简单？

  另一种理解为星系与地球之间的空间延长了。由于宇宙在不断膨胀，光子在向地球飞行过程中，光子前面的那段空间延长了(光子已走过的空间也在延长，但已与观测的结果无关），延长多少可以用哈勃定理计算，现在较精确的结果是72公里/秒.百万秒差距。但全程过程延长总量的是多少，算起来挺麻烦的，因为光子前面的剩余那段路程是在以光速减少的。

  大爆炸宇宙(上海网上天文台)：1950年前后，伽莫夫第一个建立了热大爆炸的观念。这个创生宇宙的大爆炸不是习见于地球上发生在一个确定的点，然后向四周的空气传播开去的那种爆炸，而是一种在各处同时发生，从一开时就充满整个空间的那种爆炸，爆炸中每一个粒子都离开其它每一个粒子飞奔。事实上应该理解为空间的急剧膨胀。"整个空间"可以指的是整个无限的宇宙，或者指的是一个就象球面一样能弯曲地回到原来位置的有限宇宙。 (Mrobsh:象一堆细肥皂泡的同时膨胀？)

  根据大爆炸宇宙论，甚早期的宇宙是一大片由微观粒子构成的均匀气体，温度极高，密度极大，且以很大的速率膨胀着。这些气体在热平衡下有均匀的温度。这统一的温度是当时宇宙状态的重要标志，因而称宇宙温度。气体的绝热膨胀将使温度降低，使得原子核、原子乃至恒星系统得以相继出现。

  我们现在对宇宙的基本认识是：在相对较小的时空内，宇宙中的物质依次聚集为星体、星系、星系团、超星系团、超超星系团……。宇宙在整体上是均匀的、各向同性的，宇宙没有中心，任何典型星系的观察者所看到的宇宙规律是一样的。

  宇宙的各向同性和均匀性(天体物理学教程) 如果我们用现代最强有力的望远镜来对宇宙进行尽可能仔细的观察，那么我们就会发现，不论朝哪个方向去看，宇宙在我们眼前所呈现的图案本质上都是相同的。我们发现，在宇宙的深处布满了星系，而且从各个方向来看星系的种类和数目大致上都是相同的。偶尔也会出现统计上的变化，然而这种变化是随机性的。无论从哪个方向去看，星系的总体颜色也是相同的，我们在颜色上所察觉的唯一的系统性差异同星系的距离有关；但是，遥远星系光谱中的宇宙红移好象同观测的方向也没有什么关系。

  严格来说，仅仅当我们所观测的视野限于银道面以外的天区时，所有上面这些结论才能成立。银河的吸光作用极其强烈，以至我们始终只能对其知之任之，别无它法。  

  Mrbosh：这样给结论仅因为"别无它法"？  根据相对论原理，天体的引力可导致空间弯曲，光线经过星体时由于引力的作用是会发生弯曲的，如果远方的星光在到达前靠近过很多引力天体（各种星体、星系、黑洞等），发生过多次光线弯曲，我们所观测到的星光真正来自于哪个方向则可能无法确定，所谓的“各向同性”也就无从说起了，说不定"各向同性"是星光进入银河系后，是星光与银河系星体作用的产物。

网络新闻:"婴儿星系"、超远天体、类星体 竟有距地球260亿光年的星系

宇宙探索链接：

天体物理学概念  天体物理学教程

谱线频移效应所导致的宇宙观念和物理观念  红移可能不仅由星系退行速度引起

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物理学未决问题浅说:宇宙的年龄   关键词：宇宙 年龄 哈勃常数 哈勃时间