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星空天文网·宇宙学-1

当理论物理学家爱因斯坦一九一五年在创新立他的广义相对论的时候,就已经认识到,他的学说将会导致一个震撼人心的预言:宇宙在膨胀。在那时,大多数天文学家都认为宇宙一直是那样的,它不会随时间改变的。

一个膨胀着的宇宙意味着一件事:宇宙必然有一个开端。那就势必会引出一个问题:在宇宙开端之前有物质存在吗?在广义相对论提出之前两年,美国天文学家斯莱弗就已经通过测量几个旋涡星系(那时候还叫“星云”)的红移得出了一个结论,即这些星系都在退行。一九二四年,美国天文学家哈勃观测了仙女座大星系和其他一些旋涡星系,并测定了它们的红移。结果发现,这些四面八方的星系都在远离我们而去,星系离得越远,退行的速度就越快。星系距离与退行速度之间的关系就是“哈勃定律”。由此定律得出的星系退行率就是“哈勃常数”,即宇宙膨胀的速率。人们根据新获得的观测结果不断地修正着哈勃常数。

事实上,没有理由可以让我们认为银河系是宇宙中的一个静止不动的星系。因为无论观测者处在哪一个星系中观测,都会得出相同的结论——其它所有的星系都在远离而去。根据爱因斯坦的理论,膨胀宇宙中的星系本身并不运动,而是星系间的空间在膨胀。如果的确是这样的话,那么在过去的某个时刻,宇宙就应该是一个处于极端高密状态的点。据此还可以推算出宇宙的年龄。根据目前的估计,宇宙的年龄约为一百二十亿至一百五十亿年间。

引力对宇宙的未来有深远的影响。如果宇宙中没有足够多的物质,它将从逐渐增长的速度永远膨胀下去,这样的宇宙被称为“开放宇宙”;如果质量过大,引力最终将阻止其膨胀,使宇宙又收缩而形成一次大“坍缩”,这就是“闭合宇宙”。如果质量大小正好合适,宇宙也将永远继续膨胀下去,但速度要慢一些。这种情况下,宇宙是平坦的,处于开放和闭合之间的平衡状态。

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