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问伊桑52号：宇宙膨胀开始加速了多长时间？

我们出生于数十亿年前，我们对此一无所知


最后，“宇宙”是一个假设，就像“原子”一样，必须赋予它自由的属性，可以做与最终材料结构矛盾且不可能完成的事情。
-威廉·德·西特


现在，每周有一年的时间，我要求您向我发送问题和建议，我在每周的“问问伊桑”一栏中选择我喜欢的问题和建议。我们讨论的主题从最小到最大，从地球事务到太空，从宇宙的开始到结束。本周，Hems Azri向我询问以下内容：
试图找出是否有关于宇宙加速阶段的新观测数据！它什么时候开始的？


让我们谈谈宇宙及其扩展。

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不到100年前，我们知道天空中的螺旋星云不是银河系中的原恒星，而是距我们数百万至数十亿光年的距离的整个星系。几乎立即，我们意识到到银河系的距离与相对于我们的速度之间存在着惊人的联系。

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尽管当时的广义相对论有几个精确的解决方案，但其中一个很好地描述了宇宙：一个正在扩展的宇宙，在最大尺度上是均匀的。尽管我们的宇宙在几十亿到几百万光年的尺度上不是那么均匀，但对数百亿光年的尺度进行研究，我们发现同质性的偏差非常小。平均而言，这种解决方案-Friedman-Lemetre-Robertson-Walker度量标准-比其他方法更好地描述了宇宙。

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她告诉我们，星系之间或任何彼此不连接的结构之间或与重力连接的更大结构之间的空间都应扩大。如果我们想知道它是如何扩展的，即以什么速度扩展，我们需要知道两件事：
  • 随时扩展
  • 宇宙中存在的物质和能量的类型和比例


就是这样！如果我们认识到这两点，我们将能够了解宇宙的命运以及从大爆炸开始的，过去，现在和将来的扩张速度。

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第一点很简单，我们有很多方法可以解决此问题。研究宇宙中各个物体的遥远性以及它们从我们身上的移动速度，我们可以得出当今的膨胀速度。这是一点，但很容易计算。尽管在1990年代关于精确速度存在争议，但我们现在已经确定它的速度约为67 km / s / Mpc（其中Mpc约为326万光年），精度为2-3 km / s / Mpc。

我们通过对各种类型的物体的观察获得了第二个问题的答案，这些物体包括遥远的物体，如超新星，宇宙微波辐射，大型结构和重音声振动。

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结果，宇宙的组成大致如下：
  • 0.01％-光子或光形式的辐射
  • 4.9％-基于质子，中子，电子的普通物质
  • 27％-包括中微子在内的暗物质，其中总共含有0.1％，其余物质未知
  • 68％-暗能量，根据我们的观察，与宇宙常数没有区别


据此，据我们所知，宇宙是由它组成的。

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说到宇宙的加速，我们的意思是具体的。我们并不是说当前的扩展速度67 km / s / Mpc正在增加。想象一下离我们有任何距离的遥远星系。假设距离为10 Mpc，则扩展速度将为670 km / s。

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以这样的速度，某个星系正在远离我们。随着宇宙的膨胀，它的密度降低，能量密度降低。由于膨胀率取决于能量密度，因此它也会下降。但是由于宇宙一直在扩展，所以我们所追踪的星系将离我们越来越远。

想想看：未来的扩展速度会降低，但是特定的物体离我们还很远。如果我们需要计算将来物体的视在速度，则需要将这两个数相乘，所以问题是，什么变化更快？扩张速度会降低还是与物体的距离增加？

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而这取决于宇宙能量的百分比以物质和辐射的形式出现，其密度随时间而降低，以及以宇宙常数的形式包含在宇宙中的百分比，其密度保持不变。让我们看看物质，辐射和暗能量（宇宙学常数）如何随时间变化。

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现在，暗能量在宇宙中占主导地位，因此，膨胀速度不会随着距离的增加而下降：当膨胀速度下降10％时，该物体离我们的距离将是现在的两倍-即它正在加速。但是在过去，宇宙中暗能量的百分比要少得多，而物质要多得多。甚至更早的时候，辐射笼罩着他们。当有更多的物质或辐射时，膨胀速度下降得更快，宇宙也变慢了。如今，在出生后的138亿年里，只是相对较新的时刻，从我们身边移走的物体才开始加速实现这一目标！

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从数学上来说，当暗能量的密度达到物质总密度的一半时，就会发生从宇宙在最初的几十亿年中一直处于减速状态到最近几十亿年中已经出现的加速状态的过渡。现在它刚好超过物质密度的两倍，因此加速已经持续了很长时间，因为宇宙的大小是当前物质的62％。经过一些计算并求助于天体物理学，我们可以计算出宇宙经历临界点的年龄-事实证明，这是在它存在78亿年或大约60亿年前-15亿年之前发生的。系统。

如果我们将整个宇宙的历史压缩到一个日历年，那么宇宙加速的开始将在7月27日。

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这个数字对物质密度，暗能量和膨胀率参数的微小变化非常敏感。如果将它们更改2-3％，则减速结束和加速开始的时间可能会更改1-2亿年！在过去的19亿年中，暗能量没有在宇宙中占主导地位（请记住，从减速到加速过渡时，它的数量是物质的一半），并且必须经过另外4个！在达到今天的十亿年前，是今天的两倍。

但是，这里我们生活在一个如此加速的宇宙中，那就是过渡发生的时候！感谢您提出的重要问题，如果您有想法，请将其发送到我们的专栏。下周将开始她的第二年生活。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN395005/

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