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宇宙的膨胀有中心吗?

天文学家据以判断宇宙膨胀观测是在地球上进行的,由此看到四面八方的星系都在远离我们而去。那是不是像节日燃放的礼花从一点炸开那样,意味着地球处于膨胀宇宙的中心呢?

自从哥白尼日心说取得胜利以后,地球是宇宙中心的观点早已风光不再。现代天文观测表明,我们的太阳只是处于银河系外围的一颗十分普通的恒星,而银河系也不过是宇宙间千亿星系中毫不出众的一员。一切迹象都支持人们所称的“平凡原理”,又称哥白尼原理,即人类在宇宙中并不处于任何特别的地位。宇宙是没有中心的,一定要说有中心的话,那就处处都是中心。如果其他星系存在智慧生命,那么他们也会发现周围的星系,包括人类所在的银河系,正在远离他们而去,也同样会得出宇宙正在膨胀的结论。这是因为宇宙膨胀并不像礼花爆炸那样有一个中心(礼花爆炸的中心就是炸点),而是像均匀吹胀的气球表面那样每个地方都是膨胀中心为了便于理解,我们可以在气球上画上若干彩色的点,把每个点看作一个星系。当气球被吹胀时,每个点都会看到邻居离自己而去,而且正如哈勃观测到的星系那样,距离自己越远的点,远离的速度越快。也就是说,每个点都可以看作膨胀球面的中心。有人会问,气球中心难道不就是膨胀中心吗?这里要指出,那只是球面的曲率中心而已,在用二维球面所作的这个比喻中,它已经不属于代表宇宙的这个球面了。为了避免误解,我们不妨把气球改为一张曲率半径无限大(即平的)橡皮膜(最近的观测表明,实际宇宙更接近这种情况),将它四面拉伸时,上述现象仍然成立,而所有的膨胀中心却都在平面之内了。为了简单起见,我们甚至可以把二维的橡皮膜改为一维的橡皮筋。你可以亲自做实验试一试,看上面所有的结论是不是还成立。

【科学家】弗里德曼

亚历山大·弗里德曼(1888—1925),俄罗斯数学家、气象学家。他成功地对复杂难缠的广义相对论方程组进行简化,第一次找到了包含物质的膨胀宇宙解。可惜的是,弗里德曼年仅37岁就因斑疹伤寒去世。他认为宇宙正在膨胀;宇宙的物质是均匀分布的,从任何方向看去都一样。在他之后,勒梅特、罗伯逊和沃克又分别发展了弗里德曼的工作。直到现在,理论宇宙学家的研究仍然要用到弗里德曼简化的方程和得出的解。为了纪念他,人们把描述宇宙几何的方程组叫作弗里德曼方程组。

【发散思维】宇宙膨胀的速度一直不变吗?

【本文关键词】宇宙膨胀 哈勃定律 哥白尼原理