主题：【求助】需要被科普:有关宇宙大爆炸理论 -- 安倚天

连着几晚看了央视10的探索发现，讲的是关于宇宙大爆炸理论的。看完后，有好多问题还是挺迷糊，现列举出来，候教于达人。

1.怎么算出某遥远星系的距离，常说某某光年，怎么知道那光就是某某年发出的；另外就是虽然我们现在虽然看到这个星系N年前发出的光，会不会我们看到的这会儿，这个星系已经不存在了（不管概率大小）。

2.节目中说宇宙现在仍在膨胀，那现在宇宙没有膨胀的地方，是否存在着空间？

3.今天的宇宙产生于一个奇点的爆炸，但这个奇点又是从何而来？

4.节目最后说，最新研究表明宇宙是平坦的，这个平坦该怎么理解？相对论不是已经证明时空会弯曲了么？

5.宇宙时间上和空间该怎么理解？说宇宙年龄有约140亿年，那宇宙空间距离上是不是也有140亿光年？

现在脑子里混乱的有好些问题也不知道如何表述，先写这么多。谢谢

现在手边没有书，大致凭记忆写点。

对于比较近的星体（银河系内部），可以用简单的三角测距法来测量。以地球绕太阳轨道（近似圆形）的半径（1个天文单位）为底边，星体为顶角构成一个三角形，其顶角alpha可以观测得到（视差），由于距离很远，那么太阳到该星体的距离可以用公式 d = r/alpha得到。另外，定义视差为1角秒时的距离为一个秒差距，大概是3.26光年。基本上银河系内部比较近的星体都能通过这种办法把距离算出来。对于银河系外部的星系，观测的视差相当小，用这种方法算不出来。

不过还有有其它方法。

对于远一点的星体，我可以测量它们的光谱，利用光谱强度和星体光度的关系，可以得到光度（单位时间内发出的光），从而根据亮度（单位时间单位面积的光）得到距离。假设光是各向同性的，那么经过距离r后，光分布于面积4\pi r^2上， 知道光度和亮度就可以把距离求出来。这样得到的距离叫做光度距离，需要加上广义相对论红移的修正。

对河外星系的距离测量可以通过造父变星进行，这种星体具有周期性变化的光度。如果在某个河外星系里面发现了造父变星，通过测量它的光变周期，可以得到它的光度，利用上面所的光度-亮度关系，可以算出距离。一般来说这个距离可以近似当成该河外星系到银河系的距离。

其它还有通过对双星观测得到距离的，具体怎么回事就不是很清楚了。

另外非常远的距离可以通过红移来测量。

某某年发出的光很好理解啊。光传播需要时间的，你能看到的光都是一段时间之前发出的，离你越远，发出得就越早。

当然可能不存在，不过这个对我们没啥影响。它存在与否，对我们的影响不会超过光速，也就是说，除非我们看见它不存在了，我们可以一直当它存在。

宇宙就是一切，不存在一个包容宇宙的地方，也就不存在所谓宇宙没有膨胀的地方。

广义相对论方程在那个时候出现奇点，说明该方程不能在那个时候应用，需要进行修正。

在那附近宇宙是什么，现在的理论无法描述。一般的科普书都说宇宙来源于奇点，是一个很误导的说法。老实说，到目前为止，没有物理学家知道大爆炸的开始是什么样子，只知道大爆炸开始之后很短一段时间之后是什么样子。

关于大爆炸之前，霍金也没有搞明白。

至少到目前为止，算是各种扯淡学的研究范围。我这里只是说物理学上的宇宙定义。

我是这么理解的，光速已经是速度极限了。换言之，宇宙空间尺度也就是140亿光年*2+爆炸前的直径。

平坦是指宇宙的曲率为0。这个刚好是和宇宙里面的物质密度相关联的。局部由于物质存在导致的时空弯曲在大尺度上没有效果。就像你看着一个大水池的水面，在无风的情况下，水面是平的，偶尔的几个小涟漪可以忽略掉。

不过现在只能说我们测量到的宇宙密度非常接近临界密度（临界密度时宇宙曲率为0），如果考虑测量误差的存在，宇宙的曲率为正、负、零都有可能，只是说很多人愿意相信宇宙是平坦的。

只能说，我们最远能看到的宇宙距离我们有140亿光年，况且由于最后散射面的存在，我们能看到的距离比140亿光年还要短。由于大爆炸时宇宙的大小未知，所以并不能判断宇宙在空间距离上比140亿光年大多少。但是可以简单的理解成我们到已知的宇宙的边缘是140亿光年。

宇宙诞生初期有个"暴胀期",其膨胀速度超过光速.这个是唯一已知物质"运动速度"超过光速的现象,并且不能再现.

由于暴胀期的缘故,宇宙的空间尺度还难以确认.向各个方向观测,可见的最远天体距离都是130亿光年左右,而我们所在的银河系肯定不是在宇宙的中心.这个130亿光年的观测限制是由于在这个时间前的宇宙还没有"稀疏"到允许光波自由传播,被称为"黑暗时代".

楼主贴的图片在时间上很好地表现了宇宙的演变过程,可以看到暴胀期和黑暗时代的示意,早期"密集的年轻小星系"和大量的星系际物质,逐步演进到现代宇宙的大型充分发育的星系及少量的星系际物质的特征.但是空间尺度仅仅用来演示其膨胀过程及膨胀的加速.

个人认为,由于宇宙来自大爆炸,其时间是有限的,空间上也应为有限的.据国内一些天文专家观点,目前已经发现的中微子不会被黑洞"锁住",但整个宇宙所产生的引力应恰好形成一个中微子的"黑洞".这点也暗示了宇宙空间上的有限性.

至于奇点“外面”是什么，宇宙“外面”是什么，已经超过了已知物理学的范围，就像楼下说的，目前是数学概念。

1，由于宇宙的膨胀现象，遥远星系是退行的，发出的光存在红移现象，由于星系退行速度和距离成正比，所以可以根据红移程度推出距离。

2，宇宙的膨胀，不是吹气球那样的膨胀，是空间本身的膨胀，所以在现有理论体系下讨论宇宙之外的空间，是没有意义的，会造成逻辑上的矛盾——顺便说一句，因为宇宙膨胀造成的红移，和我们日常生活中常见的多普勒现象不是一回事，尽管结果是一样的，但是原因不同——这点就是专家也经常会模糊，有一期《科学美国人》还专门为此做了解释。

3，奇点是一个理论的假设，该点无体积（因为空间本身就是从奇点开始的），所以温度、密度都是无限高的，而物理法则是无法处理无限大量的，所以一切物理法则均无效。

4，宇宙是平坦的，是根据最新的宇宙观测成果做的推论。意思是说宇宙在大尺度上是平坦的，不存在时空弯曲现象——最简单的理解，就是物质在宇宙中的分布在大尺度上是均匀的。

奇点除了告诉你，方程在这里出现了无穷大（比如有限值被0除），从而方程失效，没法运用在这个地方外，其它什么意义都没有。

红移只能算出比较远的星系的距离。近的地方还有其它手段。

物理问题到最后都成了哲学问题.

好像有人说过这个宇宙最不可理解的事是一切都可以解释.