宇宙為什么在不斷地膨脹

中國古代有盤古開天的神話故事，古代西方國家有上帝創(chuàng)造世界的傳說，這些都是人們關(guān)于宇宙誕生的想象。在科學(xué)界，科學(xué)家們把觀測所及的宇宙稱為“我們的宇宙”。科學(xué)家們通過觀測發(fā)現(xiàn)了一個(gè)驚人的情況：我們的宇宙正在不斷地膨脹。

美國天文學(xué)家斯萊弗早在1912～1917年期間用口徑60厘米的望遠(yuǎn)鏡在洛韋爾天文臺(tái)觀測天體時(shí)，出乎意料地發(fā)現(xiàn)，除了仙女座大星云和另一個(gè)星系正奔向我們之外，在他研究的15個(gè)星系中有13個(gè)星系都在離開我們，因?yàn)檫@13個(gè)星系的光譜中都發(fā)現(xiàn)了紅移。這些星系退行的速度平均每秒達(dá)600多千米。

哈勃在幾年后用2.5米口徑的望遠(yuǎn)鏡觀測天體，證明了許多星云屬于銀河系以外的天體系統(tǒng)。在這之后，哈勃在1929年又發(fā)現(xiàn)了“哈勃定律”，這一定律的提出震驚了世界，并迅速為世人所熟知。

作為驗(yàn)證宇宙膨脹工作的開始階段，“哈勃定律”所涉及的星系的數(shù)目、視向速度和距離都很有限，還必須做更多的觀測工作來進(jìn)一步核實(shí)“哈勃定律”。哈勃與他的同事哈馬遜密切合作，開始了研究觀測工作。哈勃和哈馬遜于1931年聯(lián)名發(fā)表了一篇文章，這篇文章擴(kuò)充了觀測資料，并進(jìn)一步肯定了“哈勃定律”。

對于“哈勃定律”的含義以及星系都在退行的問題，人們一直都迷惑不解。星系愈遠(yuǎn)退行速度愈快這一奇怪現(xiàn)象也讓科學(xué)家們難以理解。宇宙學(xué)家們回顧了歷史，并對自愛因斯坦相對論問世以來的這段時(shí)期進(jìn)行了認(rèn)真分析，終于找到了問題的答案。

宇宙仍在膨脹，所有的星系都在彼此遠(yuǎn)離。天文學(xué)家們也不知膨脹是否會(huì)永遠(yuǎn)持續(xù)下去。如果它停止，宇宙開始?jí)嚎s，星系也許會(huì)相互接近。然后宇宙也許會(huì)終結(jié)于“大壓縮”——大爆炸的反面。這可能會(huì)引發(fā)另一次大爆炸，并誕生一個(gè)嶄新的宇宙。

人們注意到，荷蘭天文學(xué)家德西特早在1917年就證明了一項(xiàng)由愛因斯坦在1915年發(fā)表的廣義相對論得出的推論，即宇宙的某種基本結(jié)構(gòu)可能正在膨脹，其膨脹速率恒定。

在弗里德曼宇宙模型的基礎(chǔ)上，比利時(shí)天體物理學(xué)家勒梅特對哈勃觀測到的河外星系紅移做了解釋，認(rèn)為紅移是宇宙爆炸的結(jié)果，因而得出了宇宙膨脹的結(jié)論。勒梅特對宇宙膨脹進(jìn)行了詳細(xì)的研究，認(rèn)為膨脹總是從一個(gè)特殊的端點(diǎn)開始的。于是，他進(jìn)一步提出宇宙起源的設(shè)想，認(rèn)為宇宙起源于一個(gè)“原初原子”。后來人們常常稱其為“宇宙蛋”。由于這個(gè)宇宙蛋很不穩(wěn)定，結(jié)果在一場大爆炸中，宇宙蛋碎裂成無數(shù)碎片，逐漸演變成為千千萬萬個(gè)星系；最初這場宇宙大爆炸在100多億年后，就留下了現(xiàn)在的星系退行現(xiàn)象。

那時(shí)，勒梅特的這種宇宙膨脹理論還沒有經(jīng)觀測證實(shí)，科學(xué)家們都非常吃驚和懷疑，并對他的理論不屑一顧。后來，英國著名的天文學(xué)家愛丁頓提請科學(xué)家們注意勒梅特的宇宙膨脹理論，并為此專門寫了一篇文章。直到這時(shí)，人們才開始關(guān)注勒梅特的理論。

1930年，根據(jù)勒梅特的“宇宙蛋”理論，愛丁頓開始對河外星系普遍退行進(jìn)行解釋。他認(rèn)為星系的退行是由于宇宙的膨脹效應(yīng)，而“哈勃定律”的發(fā)現(xiàn)恰好揭示了宇宙正在膨脹，為人們理解宇宙膨脹效應(yīng)提供了理論基礎(chǔ)。

宇宙膨脹現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)可以幫助我們弄清許多問題，比如夜晚天空為什么是黑的。我們的宇宙和它所具有的恒星星系等都是有限的，由于這些有限的天體距離地球十分遙遠(yuǎn)，它們發(fā)出的光線十分微弱，所以夜晚的天空是黑的。簡單地說，夜黑是宇宙膨脹造成的結(jié)果。