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科學實驗室 / 地球科學
地球科學實驗

哈伯定律與宇宙膨脹

越遠的星系退行得越快:量星系的紅移與距離,畫出哈伯定律的直線,從斜率反推宇宙年齡。理解「宇宙正在膨脹」是怎麼從觀測得出的。
t = 0.00 s

哈伯圖:退行速度對距離

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

哈伯常數 H₀
單位 km/s/Mpc;目前觀測約 67–73
觀測點
先在畫面上點一個星系選取它,再把「家」搬過去——看哈伯定律會不會變。

選取星系的量測

距離 d
Mpc
退行速度 v
km/s
紅移 z=v/c
宇宙年齡 ≈ 1/H₀
億年

畫面符號圖例

  • d:星系距離;尺度因子 a:宇宙膨脹的倍率
  • 觀測點;退行速度與距離成正比(哈伯定律)

實驗任務

  1. 動畫在演什麼:背景格線是「空間本身」,按開始後空間慢慢拉長(左上角的尺度因子 a 從 1.0 長到 2.0 就自動暫停)。星系不是在飛——是它們腳下的空間在變大,越遠的看起來退得越快。
  2. 親手驗證哈伯定律:點選一個星系,讀它的 d 與 v,按「記錄本次數據」; 換幾個遠近不同的星系重複。檢查每一列的 v÷d 是不是都等於你設定的 H₀——這條直線就是哈伯圖。
  3. 我們不是宇宙中心:點選一個星系、按「搬到選取的星系」。 從新家看出去,其他星系(包括銀河系)一樣全部在遠離、哈伯圖還是同一條直線—— 每顆葡萄乾都覺得自己是麵包的中心。
  4. 量宇宙年齡:把 H₀ 從 50 調到 100。膨脹越快(H₀ 越大), 回推到「所有東西擠在一起」需要的時間越短——驗證宇宙年齡 ≈ 1/H₀。

模型與假設

哈伯定律:v=H₀·d,退行速度與距離成正比(H₀=哈伯常數)。
宇宙年齡:若膨脹速率固定,年齡≈1/H₀;換算 t≈9780/H₀ 億年(H₀ 以 km/s/Mpc 計, H₀=70 時約 140 億年)。
紅移:z≈v/c(c=光速),星系光譜往紅端位移;本模擬以無因次距離示意, 星系顏色依退行速度紅移呈現。