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。
假如大爆炸的确发生过,那么我们应该能够找到一些与之有关的证据。大爆炸宇宙学认为,随原始火球的膨胀和冷却,其余辉会充满整个宇宙,并以绝对温度3K的微小辐射形式表现出来。在3K的温度下,所有分子都将停止运动。这一微波背景辐射证据在一九六五年已被找到。该学说的另一个预言是:在质子、中子和电子从原始火球中凝聚出来时,每产生三个氢原子,就必然同时产生一个氦原子。近来对宇宙中元素相对丰度的测量显示宇宙中氢原子和氦原子的比较确实是三比一。宇宙大爆炸学说的其他一些观点在最近也都先后得到了证实。
然而问题并没有最终解决,无论根据今天的哪一种学说,都要求物质从一无所有之中产生,这真是太不可想象了。迄今为止这仍然是一个使天体物理学家深感困惑的问题。
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