宇宙正在膨胀

starfriend

1．历史的回顾
宇宙有没有起源和终结，它是永恒的还是演化的？这是除宇宙的结构以外又一个根本问题。各种文明都有自己关于宇宙起源的看法，在中国有盘古开天辟地的传说，在西方有上帝创造世界的神话。至于创世以后的情形，中国古代文献中就有共工怒触不周之山，撞断天柱，天塌地陷，女娲补天的故事。在很长一段历史时期中，由于封建社会的政治黑暗和观测水平的局限，使一些闪耀着智慧火花的真理萌芽未能发展为科学的理论大树。直到17世纪以后，各门自然科学的飞速发展，特别是康德关于太阳系起源的星云学说、达尔文关于物种起源的进化论学说等的提出，不断冲击着“天不变，道亦不变”这一僵化自然观的地位。直到20世纪，以众多观测事实为依据的科学的宇宙起源和演化理论才正式宣告诞生。

2．现代宇宙学的诞生
现代宇宙模型的研究开始于爱因斯坦。爱因斯坦的广义相对论预言，一定质量的天体，将对周围的空间产生影响而使它们“弯曲”。弯曲的空间会迫使其中穿过的光线发生偏转，例如太阳就会使经过其边缘的遥远星体光线发生1.75弧秒的偏转。通常，由于太阳的光太强而使人们无法观测到这一事实。1919年发生了日全蚀，一个英国考察队终于观测到太阳附近的光线偏转，得到的偏转数据正是爱因斯坦所预言的“1.75弧秒”。

        爱因斯但的广义相对论认为，时间和空间并不像人们（牛顿理论）一贯认为的那样：空间只是一个让物体在其中运动而本身却不受任何影响的容器；时间则如江河入海，自然流淌。空间更像是一个形状依赖于其上所载小球的弹性薄膜，自由粒子和光沿着这一形变薄膜上弯曲的短程线运动，就像它们在小球引力的作用下偏离直线运动一样；时间则与运动状态相关，又通过运动状态与空间（参考系）发生了联系。这种关于时间、空间和引力的全新理论，不仅正确地预言了掠过太阳边缘的星光会发生1.75弧秒的偏折，而且完满地解释了牛顿引力理论不能说明的水星近日点每百年前移43弧秒的“水星进动”现象，因而逐步得到人们的公认，为上演现代宇宙学这场气势恢弘的戏剧搭好了坚实的舞台。

1917年，爱因斯坦率先把他的广义相对论应用于宇宙学研究，得到一个“有限无界的静态宇宙”模型。根据广义相对论，宇宙的几何性质取决于物质的质量分布状态，引力场使之对应于弯曲的“黎曼几何空间”。所谓“有限无界”是说整个宇宙是一个弯曲的封闭体，它的体积有限而物质均匀分布；而“静态”则是就宇宙的整体空间而言，并非说宇宙的各个部分都全然静止不动。尽管后来（1922年）发现宇宙不可能保持稳定而被放弃，但毕竟是一次开创性的尝试，揭开了现代宇宙学研究的序幕。

转自大连科普网

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3．正在膨胀的宇宙
        1922年，苏联数学家弗里德曼在广义相对论的框架下，得到了爱因斯坦宇宙方程的一组动态解，从理论上论证了宇宙要么膨胀，要么收缩，决不会保持静止状态。宇宙的演化趋势则取决于宇宙物质的平均密度ρ0与临界密度ρc的比值：
                             

    前两种情况下宇宙将膨胀下去；后一种情况下，宇宙将出现膨胀──收缩的震荡即“脉动”。   （目前已知的临界密度为ρc=10-29克/厘米3，所观测的不含“暗物质”的平均密度是ρ0=2´10-31克/厘米3）

    我们有没有办法观察宇宙基本成员──星系的运动情况呢？这些星系是远离我们而去能，还是正在向我们靠拢呢？能不能像发现恒星的自行（恒星间在天球上的相对位置的变化）那样，通过比较不同时代拍摄的天文照片来发现星系的自行呢？这至少在目前的技术条件下是不可能的，因为河外星系离我们实在太遥远了。然而，物理学为我们提供了测定发光物体运动速度的有力手段──多普勒效应，即通过测定星系发出的光谱线的红移、紫移量来推测它们的运动速度：谱线或其波长的相对移动量与相对运动速度成正比。

4. 多普勒效应，光谱的红移和紫移
    天文学家在上世纪就已经利用多普勒效应来测算恒星远离我们的速度了。当火车向我们急速开来时，我们会听到它的汽笛声越来越尖锐（音频变高或波长被压缩）；反之，当火车远离你而去时，它的汽笛声则变的沉闷（音频变低或波长拉长），这就是物理学上的多普勒效应，它是由奥地利物理学家斯蒂安·多普勒（Chris－tian DoPPler，1803—1853年）于1842年发现的，而法国物理学家费兹奥（A．Fizeau）则将多普勒效应推广到了光波。同声波一样，当光源背离我们运动时，它的光频率变低，可以观测到的它的光谱线（例如氢原子谱线）向红端偏移，并且光源离开我们的速度越大它的红移量越大；而光源向我们飞来时，光频变高，光谱线向紫端偏移。这两中情况在天文物理中分别被称做“红移”和“紫移”。我们今天正是用红移发现了恒星及众多的河外星系远离我们而去──宇宙正在膨胀。

    有一个故事为多普勒效应作了有趣的阐述。一个司机因开车闯红灯被送上了法庭。他非常聪明，解释说是因为汽车跑得很快，红光在他眼里成了绿光。法官的物理学也学得不错，计算出来，要使红光由于多普勒效应变成绿光，那个司机必须把车子开到10万公里／秒的速度。法官于是微笑着对司机说道：“我接受你的论证，你在超速行驶！”

多普勒效应也被警察用于使司机们害怕的速度监测雷达，它在天文学上也有许多有益的应用。天文学家有点像个听觉很灵敏的盲人，这种人听到救火车汽笛的声音就能判断车子行驶的速度和方向。天文学家也通过使用摄谱仪“听”恒星的光而测量它们的运动，这种方法对于在看不到伴星的情况下揭示恒星的双星运动特别有用。

转自大连科普网~

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5. 宇宙膨胀与哈勃定律
由“多普勒效应”，星系的光谱线红移量v对应于星体的退行速度，退行速度又称为“红移速度”。1929年，发现并证实了河外星系存在的美国天文学家哈勃（Edwin.Powell.Hubble，1889~1953）等人进一步发现，“星系的光谱线红移量v与它们离我们的距离r存在着简单的正比关系”，这个简单的关系可用下式表述：

[img]     http://www.dlkp.gov.cn/keputiand ... ea_200451211512.gif[/img]（哈勃关系或定律）

关系式中的H叫做“哈勃常数”。只要知道H值和星体的红移量，就能方便地算出任何天体、星系到我们的距离。因此，“红移速度”就成为我们量天的依据。如果我们知道了宇宙的尺度，再假设我们的宇宙在膨胀，且宇宙边缘处远离我们的局限速度是光速c，那么我们就可轻易的算出式中常数H的倒数就是宇宙的年龄：



根据目前的观测与计算，宇宙的尺度大约为200亿光年；宇宙的年龄大约为1.451010—2.051010年，即140—200亿年，这个数值与根据恒星演化理论推算出的最古老的恒星寿命吻合；而哈勃常数H大约为67±15千米/秒·兆秒。

6. 膨胀模型的建立
1927年，比利时天文学家勒梅特（Georges Lemaitre, 1894~1966）在弗里德曼“解”的基础上，把已观测到的河外星系红移解释为大尺度宇宙空间随时间而膨胀的结果，建立了“膨胀宇宙模型”。

1929年，哈勃在仔细研究了一批星系的光谱之后发现，除个别例外，绝大多数星系的光谱都表现出红移，而且红移量大致同星系的距离成正比。如果将红移解释为多谱勒效应，那就意味着所有星系都在离开我们而去，其退行速度正比于同我们的距离。这就是前面谈及的“哈勃关系或定律”（见第一章第一节）。如果遵循哥白尼的思想，认为我们在宇宙中并不处于特殊的中心位置，也就是说哈勃定律对任何星系来说都成立，那么，直接的推论就是：字宙中所有的星系都在彼此远离，即我们的宇宙正处于普遍的膨胀之中！

    哈勃的发现为弗里得曼的宇宙模型提供了直接的观测依据，动摇了宇宙整体静止的传统观念，为进一步研究宇宙的起源和演化扫清了道路，是本世纪天文学最重要的成就之一。

转自 大连科普网 ~

nagunaruka龙

众所周知 我们的宇宙正在膨胀中...那会不会有一天 终因膨胀过度 而导致坍缩呢?变成一个宇宙级的黑洞?

仰望星空

应该不会因膨胀过度而导致坍缩，星系团（群）正在彼此背离而去，而且背离远去的速度越来越大。

LIUYU

这已是公开的秘密了。

谜一样的人

黑洞是宇宙膨胀的维持者~！！

满足de猫咪

白洞只是理论上存在的麽？

M104

仰望星空

黑洞是宇宙膨胀的维持者~！！
谜一样的人 发表于 2009-4-6 20:45

为什么这么说呢？

hlfeng6688

神秘的宇宙！！！