天才一秒记住【热天中文网】地址：https://www.rtzw.net
05宇宙学
banner"
>
20世纪初，随着阿尔伯特·爱因斯坦和爱德温·哈勃的工作的进展，宇宙学开始成为科学的一个分支。
爱因斯坦构建的理论使人们能够理性地思索整个宇宙；哈勃则发现了一些宇宙正在膨胀的最早观测证据。
在20世纪之前这些都是不可想象的，宇宙学一直以来都属于宗教和哲学的范畴。
20世纪之后宇宙学才作为科学开始繁荣发展起来，并且现在正朝着精确科学的方向迈进。
引力主导了大尺度下的相互作用，这使得引力成为宇宙学研究的基础。
不幸的是，单靠牛顿的引力理论无法建立一个统一的宇宙模型。
虽然牛顿的平方反比引力适用于宇宙中的万事万物，但它的传播是瞬时的。
这一情况其实不算糟糕，因为这意味着我们在地球上能够体验到宇宙中所有物体带来的引力。
真正的麻烦在于当人们试着把无穷多物体在宇宙中某一点的引力场叠加起来时，牛顿理论告诉我们总引力场大小与我们对单个物体的引力场求和的顺序有关。
这显然不能令人满意。
当然，我们现在已经知道牛顿引力近似爱因斯坦引力理论，只是后者更完整。
好在上面所述的问题并没有发生在爱因斯坦的理论中。
相反，我们得到了许多自洽的模型可以用来描述我们所在的宇宙。
爱因斯坦把人们的注意力集中到时间和空间，这使我们通过他的理论对宇宙有更深刻的理解，这是牛顿理论无法做到的。
利用爱因斯坦的理论，我们不仅能给宇宙中万事万物的相对运动建立模型，还能够描述构成宇宙的时间与空间的行为。
我们现在来好好看看这是如何做到的。
现代宇宙学史
我们所知的现代宇宙学是在20世纪20年代诞生于苏联物理学家亚历山大·弗里德曼（AlexanderFriedman）的工作中。
利用当时刚发表的广义相对论，弗里德曼展示了宇宙在空间上任意一点朝任何方向看起来都相同，而且它要么膨胀，要么收缩。
可以肯定，这一非凡的预言在当时引起了轰动，因为那时的天文学家们无法从观测中得到这些结论。
然而弗里德曼却得出了一组方程来描述宇宙，并意识到在这些宇宙模型中，空间要么是平直的，要么有正或者负的曲率。
也就是说，他认识到爱因斯坦的方程中存在一些解，它们对应的空间是弯曲的，就像一个巨大的三维球面或者马鞍面（见图10）。
图10 弯曲空间的例子：恒定正曲率（k〉0），没有曲率（k=0），恒定负曲率（k〈0）
弗里德曼是宇宙学的先驱，但他的工作起先并没有被广泛认可。
爱因斯坦从一开始就批评他是错的，然后提出了另一个宇宙模型，在这个模型中引入了一个他所谓的“宇宙学常数”
到他的方程中，从而迫使宇宙处于静态。
比利时的神父乔治·勒梅特（GeesLema?tre）在20世纪20年代末产生了和弗里德曼类似的想法，并指出爱因斯坦的模型是不稳定的。
实际上，早在1927年，他（那时候已经成为亚瑟·爱丁顿爵士的同事）就发表了一篇论文指出观测证实宇宙确实在膨胀，这个结论便是后来广为人知的哈勃定律。
这个意义深远的发现最早发表在一篇法语写成的文章里，并被投到一本不知名的比利时刊物上。
比较神秘的是，1931年它被翻译成英语的时候，包含哈勃定律的那一章消失了。
尽管如此，勒梅特在今天仍然被人们认为是现代宇宙学发展史上最重要的人物之一。
弗里德曼和勒梅特都是数学家，尽管后者了解很多天文学知识，但直到1929年爱德温·哈勃发表他的重要结果时，宇宙学才真正开始成为观测的科学。
哈勃通过计算一些天体（现在我们知道是星系）的距离，并利用它们运动的信息向世界展示了宇宙正在膨胀。
哈勃发现一个星系的退行速度和它到我们的距离成正比（也就是说，如果星系A到我们的距离是星系B的两倍，那么它远离我们的速度也是B的两倍）。
本章未完，请点击下一章继续阅读！若浏览器显示没有新章节了，请尝试点击右上角↗️或右下角↘️的菜单，退出阅读模式即可，谢谢！