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既然宇宙的膨脹速度超光速,為什麼太陽和地球沒有分離?

觀測結果顯示,宇宙在某種意義上是在超光速膨脹。然而,地球並沒有和太陽分離開來,而是一起以差不多目前的狀態共存長達數十億年。至於原因,這與引力以及宇宙是怎樣膨脹有關係。

宇宙的膨脹方式是空間結構的擴張,空間自身增加了,這必然就會導致空間中的天體被互相拉開。對於距離越遠的天體,空間膨脹效應會越顯著,這使得它們會以越快的速度互相退行。空間如同氣球表面,氣球膨脹之後,氣球表面上原先靜止的點會互相分離,並且距離越遠的點在單位時間內分開的距離也會越遠。

從目前的研究來看,宇宙整體膨脹是非常均勻的,哈勃常數可以描述宇宙的膨脹速率,其數值約為70(千米/秒)/百萬秒差距。對於相距一百萬秒差距(即326萬光年)的天體,它們因為空間膨脹而導致互相遠離的速度會是70千米/秒。如果相距100億秒差距,即326億光年,退行速度將會達到70萬千米/秒,這個速度已經達到了光速的2.3倍,遠超過光速,這就是所謂的宇宙膨脹超光速。但天體本身在宇宙中的局域速度是遠低於光速,退行速度超光速是由空間膨脹所致,與狹義相對論不存在矛盾。

另一方面,如果天體之間的距離只有一秒差距,即3.26光年,那麼,它們之間的退行速度只有7厘米/秒。而如果距離為1天文單位,那麼,空間膨脹導致天體退行的速度僅為0.34微米/秒。

也就是說,空間膨脹效應在小尺度下十分微弱,只有在大尺度下才會出現顯著的空間膨脹效應。由於地球和太陽之間的距離很近,並且它們之間存在相當大的引力作用,這足以使地球和太陽之間的距離不會變遠。

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