宇宙12︱勒梅特:宇宙诞生于一个“超原子”,一个没有昨天的一天

问你个问题 , 如果现在有人给你说 , 宇宙空间中充满了物质 , 而且物质之间会产生引力 , 那么你第一反应会想到啥?
我觉得你肯定会问 , 这些物质会不会在引力的作用下坍缩成一个整体呢?这就是牛顿当年发表万有引力之后 , 人们产生的疑惑 。
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那么根据引力预测的结果是:会!而且速度非常快 , 但很明显 , 我们的宇宙并没有因为引力而发生坍缩?这又是为啥?牛顿当时也搞不懂呀 , 他就说 , 我们的宇宙是无限的 , 物质分布是均匀的 , 他们之间的引力互相抵消掉了 , 所以没有坍缩 。
但是牛顿描述的这个宇宙非常脆弱 , 只要一颗原子的位置发生了偏移 , 那么整个引力的平衡就会被打破 , 所有的物质会不可避免的坍缩在一起 , 牛顿晚年也很无奈 , 对于这个问题 , 他只能找上帝帮忙了 。
那么时间来到了20世纪 , 人们就发现 , 我们在地球上不管朝那个方向看 , 看到的情况都差不多 , 这叫各向同性 , 而且在宇宙中各个区域的物质数量也差不多 , 这叫处处“均匀” 。
各项同性和处处均匀 , 现在被称为宇宙学原理 , 人们认为我们不管从哪里看宇宙 , 不管是从地球上看 , 还是从银河系的中心看 , 不管是远古时期的宇宙 , 还是未来的宇宙 , 宇宙学原理都是成立的 , 这是宇宙学的一个基本假设 。
除此之外 , 我们知道人类在20世纪初最伟大的成就就是修正了牛顿动力学 , 发展出了相对论 。
那么现在把爱因斯坦的相对论用在一个各向同性 , 处处均匀的宇宙中 , 会怎么样?能不能回避牛顿晚年的困扰呢?
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并不能 , 而且会更加的严重 , 因为相对论说 , 物质会影响时空的曲率 , 时空的曲率反过来又会影响物质的运动 。 所以当你考虑一个充满物质 , 均匀的宇宙的时候 , 不仅物质会向内塌缩 , 就连时空本身它也会坍缩 , 最终宇宙会变成一个黑洞 。
你看 , 当年牛顿只面临了一个物质坍缩的问题 , 时空是好好的 , 现在爱因斯坦面临的问题更加严重了 。
那么和牛顿一样 , 爱因斯坦也觉得宇宙坍缩不可能 , 一定有未知力量在阻止着宇宙坍缩 。 那爱因斯坦就说 , 宇宙空间具有一种天然的属性 , 称为宇宙常数 , 它提供的斥力正好和引力抵消了 , 所以宇宙没有坍缩 。 这就是爱因斯坦的静态宇宙观 。
宇宙12︱勒梅特:宇宙诞生于一个“超原子”,一个没有昨天的一天
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很显然 , 爱因斯坦这种毫无根据地给自己的引力方程中添加宇宙常数 , 有点不讲道理 , 而且他添加的这个宇宙常数 , 还必须大小正好 , 小一点宇宙就坍缩了 , 大一点周围的天体全都会飞出去 , 远离我们 , 那么这个大小正好的宇宙常数 , 就给了人们一种精细调节的感觉 , 像是宇宙被精心设计的一样 , 感觉不好 。
那么到了1922年 , 有人就提出 , 爱因斯坦给自己的方程中添加宇宙常数 , 完全是多此一举 , 他就是俄罗斯物理学家弗里德曼 , 他认为没有宇宙常数的引力方程本身就预示着宇宙时空不是在收缩 , 就是在膨胀 , 这说明我们的宇宙是动态的 , 而不是静态的 。
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但由于当时在人们的观念中更加倾向于静态宇宙 , 再加上爱因斯坦也支持这个观点 , 所以弗里德曼的说法并没有得到广泛的关注 。
那么到了1927年 , 比利时的一位物理学家勒梅特就注意到了弗里德曼的研究 , 他在这一年就利用哈勃之前获得的数据 , 计算出了星系的距离和红移之间的关系 , 发现了我们的宇宙正在膨胀 。