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  • 1 # 鍾銘聊科學

    永恆的宇宙觀

    早在愛因斯坦之前,也就是100多年以前,當時的人普遍認為:宇宙是永恆的

    具體來說就是,宇宙並不存在一個起點,也沒有一個終點,而是永恆不變的、靜態的,一直都是一個樣式。

    這樣的理念其實是很常見的,至今還有很多人秉持著這樣的看法。在以前,牛頓也是類似的宇宙觀,愛因斯坦亦是如此。

    廣義相對論場方程

    到了1905年,愛因斯坦提出了四篇具有開創性的論文,其中兩篇後來被合稱為狹義相對論。在狹義相對論當中,愛因斯坦提出了全新的時空觀,認為時間和空間並非是分立的,而是應該合併起來看,並稱為時空。到了1915年,愛因斯坦在狹義相對論的基礎上,開始推廣廣義相對論,並且得到了一個描述宇宙的方程,也被稱為廣義相對論場方程。看不懂這個方程沒關係,你只需要知道一點,那就是這個方程預示著宇宙會膨脹。

    所以,是廣義相對論的場方程預言了宇宙的膨脹。但是,這和愛因斯坦的觀念是不符的,上文我們也提到了,愛因斯坦認為宇宙是永恆不變的,所以就不太可能是有起點和膨脹這種事。於是,愛因斯坦為了讓廣義相對論場方程符合自己的預期,就在這當中加了一個宇宙學常數

    這個常數有啥用呢?

    說白了,如果將它進行合理地取值,就可以讓它和膨脹的效應進行抵消,就會得到一個不膨脹的宇宙,也就是愛因斯坦心目當中那種永恆不變的宇宙。

    勒梅特預言了宇宙的膨脹

    愛因斯坦的廣義相對論發表之後,學術圈裡面就有很多人相繼對其進行研究。其中這個宇宙學常數就讓一些學者們摸不著頭腦,顯然,他們也發現了愛因斯坦這個“宇宙學常數”是他有意為之。其中有個叫做勒梅特的人,就提出了不同的見解。

    他認為宇宙不是永恆不變的,而是膨脹的。但是勒梅特並沒有直接將宇宙學常數請出廣義相對論的場方程,而是發揚了拿來主義,把它作為調節宇宙膨脹速率的工具。

    上文中,我們也聽到了,宇宙學常數的取到一個特殊值,就可以抵消宇宙的膨脹。同樣的,如果宇宙學常數取一些別的值,宇宙要麼加速膨脹,要麼減速膨脹,也可以靜止。勒梅特就提出了一個模型,他認為宇宙是膨脹的,只是膨脹速率還需要進一步的研究,才能確定宇宙學常數的正確取值。

    基於這個理論,勒梅特還預言宇宙有個炙熱的開端。不過勒梅特的學說並沒有引起太多的注意,也沒有人進行更深入的研究。不過,勒梅特可以算得上是第一個預言宇宙膨脹的學者。

    哈勃發現宇宙膨脹

    在勒梅特提出理論的第二年,有個叫做哈勃的人提出了哈勃定律,這定律現在也叫做哈勃-勒梅特定律

    那哈勃-勒梅特定律是啥意思呢?

    具體來說是這樣的,天文學家哈勃長期觀測銀河系的系外星系,他就發現,大多數的星系都存在著紅移的現象。所謂紅移現象,就是我們接收到的這些星系的電磁波都被拉長,這些電磁波都往光譜的紅段移動,也就是說,這些星系正在遠離我們。

    哈勃還發現,距離我們越遠,星系遠離的速度就越快。然後,經過資料統計,哈勃就描繪出了距離和速度的關係。

    哈勃的發現預示著宇宙確實是在膨脹的,這是因為,如果是星系在動,那不會是大多數的星系都在遠離我們,而應該是有些遠離我們,有些靠近我們,而且沒有如此完美的關係式。只有一種可能性,那就宇宙是等比例地進行膨脹,才會觀測到這樣的現象。

    這也非常符合勒梅特的預測。因此,我們說是哈勃發現了宇宙膨脹的證據,也就是星系紅移。勒梅特和哈勃兩個人可以說否定愛因斯坦的宇宙觀,建立起了全新的宇宙觀。但是要完成好一個合理的宇宙模型,則需要更多的科學家加入,在他們之後,出現了弗裡德曼,伽莫夫等人,他們將這個模型進行了大規模地完善和論證,成為了如今的大爆炸模型。

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