宇宙的膨脹這個結論是如何的出來的?它是如何膨脹的?
1,宇宙的膨脹這一觀測結論,是如何得出的呢?
宇宙膨脹這一觀測結論,最早來自於遠處星系中恆星的 光譜紅移。在恆星發出的光的光譜中,每一種原子都會擁有一條或多條有著特定波長的譜線。如果是在恆星內部的原子發出的光,就會組成明線;如果是恆星表面的原子吸收的光,就會組成暗線。比如,太陽表面的大量鈉元素,吸收了很多太陽發出的589.0nm、589.6nm的光,就會在太陽光譜中留下兩道暗線。每種元素的譜線都是確定的,觀測到譜線位置的變化,就意味著光譜存在 紅移 或 藍移。而根據多普勒效應,紅移意味著星體遠離地球,藍移則意味著星體接近地球。註:多普勒效應,至波源與觀測者之間發生相對運動時,觀測者觀測到的波的波長不同於波源波長的效應。如快速駛過的消防車上的警笛聲,在消防車駛來時較為高亢,駛離時較為低沉。
1929年,著名科學家哈勃發表了哈勃定律,第一次提供了宇宙膨脹的證據。在他的觀測中,銀河系內的恆星的光譜,既有紅移也有藍移,即系內行星有的遠離地球,有的接近地球。但在對河外星系的觀測中,所有的星系都存在不同程度的光譜紅移,即他們都在遠離地球。並且,經過測算,河外星系遠離地球的速度和它們與地球之間的距離成正比,即哈勃定律:Vf = Hc x D。
Vf為星系遠離地球的速度,Hc是哈勃常數,D是星系與地球之間的距離。
所有的星系都在遠離地球,說明,宇宙正在膨脹!
2,那麼宇宙到底是怎麼膨脹的呢?
事實上,從哈勃定律本身是無法得出,宇宙到底是怎麼膨脹,這樣的結論的,而對這一現象最好的詮釋,來自於廣義相對論。1922年,蘇聯數學家弗里德曼從廣義相對論中得到了一個宇宙隨時間膨脹的解,這也是大爆炸理論的前身。這個解,說明,廣義相對論的框架下,宇宙膨脹是可能的,同時預言了河外星系會遠離地球,進而產生光譜紅移。這與之後哈勃的觀測與總結不謀而合。
所以宇宙膨脹到底是怎麼一幅圖景呢?比較靠譜的類比是,恆星/星系就好像氣球表面上的一個一個的點,這些點本身並不會有什麼特別的運動。但是向氣球里吹氣,氣球膨脹,這些點就會相互遠離。點和點之間不斷產生新的空間,這些新產生的空間使空間里的電磁波的波長邊長,即光譜紅移。宇宙膨脹的速度超過了光速,但是這一運動不攜帶信息,因此與狹義相對論並不矛盾。大體來講,接近於題目中所說的「外部氣壓降低」,但是其實跟氣壓沒什麼關係......


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