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技术问询:哈勃膨胀下可被拉伸的不可断裂尺子的最小长度

哈勃膨胀下,不可断裂的尺子需要多长才会被“拉伸”?

嘿,这个问题挺有嚼头的,我来帮你捋捋清楚——先说说那位专业天文学家为啥坚决否认,再聊聊你思路里的关键细节:

天文学家的核心逻辑:物理现实里不存在这样的尺子

他的点其实没毛病,因为宇宙膨胀是空间本身的膨胀,而我们平时说的“尺子被拉伸”是物质在空间中受外力产生的形变。这里有两个关键限制:

  • 首先,任何真实的尺子都靠内部作用力(比如原子间的电磁力)维持结构,短距离内哈勃膨胀的拉扯力远小于这些束缚力,根本不会有任何拉伸感;
  • 其次,你提到的“两端跨越宇宙视界”的情况,其实在物理上是不成立的——宇宙视界的定义就是光都无法从那一侧到达我们的区域,这意味着视界外的任何物体都无法和我们产生物理交互(力的传递、信息传递都做不到),那这根尺子的“另一端”本质上是不存在于我们的物理现实里的,自然也就谈不上被拉伸。

思想实验里的情况:假设尺子能突破物理限制

如果我们抛开现实限制,做一个纯思想实验——假设这根尺子绝对刚性、不可断裂,且两端都在可观测宇宙范围内但距离足够远:

  • 按照哈勃定律 v = H₀dH₀是哈勃常数,d是两点间的距离),当距离d大到让两端的相对退行速度超过了尺子内部作用力的传递速度(也就是光速),这时候尺子的两端就相当于“失联”了——空间膨胀的拉扯力超过了尺子能传递的束缚力,从我们的视角看,尺子两端的距离会随着空间膨胀不断变大,虽然尺子本身没断裂,但这种“拉伸”是空间膨胀带来的距离增加,而非传统意义上的材料形变。

一句话总结

  • 物理现实中,不存在能被哈勃膨胀拉伸的不可断裂尺子——要么距离不够,要么超出视界无法产生物理联系;
  • 纯思想实验里,当尺子长度大到两端退行速度超光速时,空间膨胀会让它的两端距离不断增大,这算是一种“广义上的拉伸”。

内容的提问来源于stack exchange,提问作者John R Ramsden

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