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1700980220 即与太阳系相距106pc(约3×106光年)的星系,退行速度约为50~100 km/s.宇宙初始时刻,高温粒子聚集在一起,密度趋于无穷大,接着发生爆炸,而后冷却,凝聚成目前的状态.如果将H估算成现测值H0的下限,物质间距从最初的R=0,经T0时间膨胀到现在R=1 Mpc可对应v=50 km/s,则得
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1700980225 (a是年的SI单位制符号).这就是宇宙年龄的估算值,也称为哈勃时间.星系退行速度的上限为光速,地球人可观察到的宇宙最大距离为
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1700980230 称为宇宙半径的估算值.其实宇宙可能如爱因斯坦开始时设想的那样是有限的,也可能是无限的.即使在宇宙大爆炸之初,宇宙也可能是有限的或无限的.星系从形成到现在,经过的时间有限,而且正在远离太阳系,因此即使宇宙是无限的,也不会出现奥伯斯之谜.当代的宇宙学用广义相对论引力场方程代替了牛顿万有引力定律,西利格之谜也自然消失了.
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1700980232 现在的宇宙仍处于膨胀状态,如果宇宙物质密度足够大,引力减速作用强,膨胀将会停止,而后又会收缩.如果密度小,引力减速作用弱,宇宙会永远膨胀下去.可以采用经典近似对此作一估算.如图4-45所示,以观察者O所在位置为球心,取半径R,质量M的球体,球面某处星系质量为m,退行速度为v,具有的能量为
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1700980240 图 4-45
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1700980243 将现在的宇宙密度记为ρ0,则有,将v=H0R代入,得
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1700980248 为目前的宇宙引入临界密度
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1700980253 便得下述估算性的结论:
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1700980255 若ρ0>ρc, 则E<0, 宇宙先膨胀,后收缩,
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1700980257 若ρ0≤ρc, 则E≥0, 宇宙将一直膨胀下去.
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1700980259 前者对应的宇宙称为封闭的,后者对应的宇宙称为开放的.目前测得的发光物质密度约为
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1700980265 不足临界值的1%.当前物理学界较为认可的大爆炸标准宇宙模型要求ρ0=ρc,其间差异可能是因宇宙中存在着大量不发光的暗物质引起的.由圆轨道速度可知,卫星距行星越远,v越小.星系中各处恒星绕着星系中心旋转,发光物质多密集在星系中心附近,距中心远的恒星,绕行速度应有规律地减小.天文观察却发现,那些恒星的运行速度比预期的大,这表明星系中央区域之外还必定存在着许多不发光的暗物质.有人估计,宇宙中暗物质的质量是发光物质质量的数十倍,甚至上百倍.暗物质的存在性已无人怀疑,但要取得较为可信的测量值,还需要一段时间,这对估计宇宙究竟是封闭的还是开放的将是至关重要的.
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