關(guān)于宇宙的科普知識

夏日夜空，繁星閃爍，不禁使人陷入對宇宙的遐想之中。20世紀(jì)10～20年代，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)星系光譜線的頻率隨著它離我們距離的遠(yuǎn)近而有規(guī)律地變比，即譜線紅移。1929年哈勃總結(jié)出譜線紅移的規(guī)律是：對遙遠(yuǎn)星系，紅移量與星系離我們的距離成正比，比例系數(shù)H叫哈勃常數(shù)，這紅移叫宇宙學(xué)紅移。此后，在紅外及整個電磁波波段都觀測到了這個規(guī)律。它被解釋為是由星系系統(tǒng)地向遠(yuǎn)離我們的方向運(yùn)動時的多普勒效應(yīng)產(chǎn)主的。這就像火車遠(yuǎn)離我們行駛時汽笛的聲調(diào)（即頻率）比靜止不動時的聲調(diào)更低一樣，由此得出星系都在做遠(yuǎn)離我們的運(yùn)動，離我們越遠(yuǎn)運(yùn)動速度越快的結(jié)論。這就好像是摻有葡萄干的面包在烤箱中膨脹起來一樣。這個模型叫宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來在宇宙膨脹的基礎(chǔ)上又提出了爆脹宇宙等多種改進(jìn)模型。

從宇宙膨脹的觀點(diǎn)出發(fā)，利用哈勃公式反推到過去宇宙中所有天體應(yīng)該聚集于一點(diǎn)，由于某種原因在它內(nèi)部產(chǎn)生了"大爆炸"。誕生了現(xiàn)在的宇宙，從而得出了時間是有開端，空間是有限的結(jié)論。宇宙從大爆炸到現(xiàn)在究竟經(jīng)過了多少時間，即宇宙的年齡是多少，這取決于哈勃常數(shù)H的大小。最初哈勃常數(shù)僅500（公里／秒／百萬秒差距），這樣算出的宇宙年齡比地球的45億年的年齡小很多。以后改為50～100之間。若取100，宇宙的年齡只有100億年，而銀河系的球狀星團(tuán)的年齡是150億年，矛盾很大。若取50，宇宙年齡為200億年，矛盾不那么明顯，因此被大爆炸宇宙論者所贊同，但在觀測上，這個數(shù)值有些勉強(qiáng)。究竟是多少，一直沒有定論。近年來用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀測的結(jié)果傾向于取80。這樣算出的年齡為120億年，矛盾還很明顯。宇宙將來是一直膨脹下去還是又收縮回來，這要取決于宇宙的平均密度。而宇宙平均密度究竟是多少目前還不能確定，因?yàn)橛^測的距離越遠(yuǎn)，平均密度越小，下限有沒有還不能確定。1965年發(fā)現(xiàn)了宇宙空間的2.7K微波背景輻射，被大爆炸論者解釋為大爆炸時期的光經(jīng)過上百億年后的遺跡，是大爆炸宇宙的一大證據(jù)，但這種解釋并不是唯一的，因?yàn)橛钪婵臻g中充滿介質(zhì)，2.7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質(zhì)，可以解釋為宇宙空間中介質(zhì)發(fā)出的溫度是2.7K的熱輻射。

仔細(xì)分析起來，問題可能出在將光譜線的紅移都解釋為星系運(yùn)動的多普勒效應(yīng)上。過去，人們曾用多普勒效應(yīng)解釋了銀河系內(nèi)恒星的光譜線移動，從而成功地確定了星系內(nèi)存在自轉(zhuǎn)現(xiàn)象。但現(xiàn)在天文觀測中卻發(fā)現(xiàn)一些紅移現(xiàn)象，若用運(yùn)動的多普勒效應(yīng)解釋就存在許多困難，這促使人們考慮到必然還有其他機(jī)制能產(chǎn)生紅移.