人们是怎么发现的
遥远星系发出的光被发现向光谱的红端偏移,而且星系越远,偏移越明显。光源远离我们时就会出现这种现象。但星系并不是像爆炸产生的碎片那样彼此飞离:它们之间的距离本身在增加,光也在传播途中随之被拉伸。
由此得出了二十年代末发现的规律:退行速度与距离成正比。距离远一倍,速度就快一倍。任何爆炸都不会这样表现,但均匀拉伸的空间恰恰如此。
想象一下烤箱里的葡萄干面团。面团不断膨胀,每一粒葡萄干都会看到其他葡萄干都在远离自己,但没有哪一粒位于中心。
爆炸图景之所以一直留在人们脑中,很大程度上是因为这个名称。它是由一位其实并不接受这一理论的天文学家提出的,而且带着嘲讽意味。名称流传了下来,连同那个并不属于理论本身的图景也一起留了下来。
某个点发生了爆炸,物质从那里飞入空旷的空间。
空间并不是包围着这个事件,而是参与了这个事件。膨胀同时发生在各处,因此它没有中心、边界,也没有外部的空旷空间。
什么在膨胀,什么没有
只有在没有任何东西把彼此束缚在一起的地方,距离才会增大。在星系内部,引力强于膨胀,所以太阳系不会被拉伸,地球不会变大,尺子也不会变长。遥远星系团之间的间隔会增大,因为那里的引力已经很弱。
九十年代末,一个令人不安的事实被发现:膨胀并没有像人们预期的那样减速,反而在加速。人们把原因称为暗能量,但这个名称只是给未知现象贴上的标签,并不代表我们已经理解了它。究竟是什么产生了它,目前还没人能说清楚。
“为什么会膨胀”这个问题,比看起来更棘手。引力方程不允许宇宙保持静止:它必然要么膨胀,要么收缩。观测表明,宇宙正在膨胀。但是什么赋予了它最初的推动力,仍然是一个未解问题。
这还会带来一个实际后果。如果加速持续下去,遥远星系最终会越过我们的可观测视界,未来观测者看到的天空将明显比我们现在的贫乏得多。我们生活在一个适合进行天文学观测的幸运时代,这可不是一句空话。
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来源
- 距离与退行速度之间的关系:埃德温·哈勃和维斯托·斯莱弗在1910年代-1920年代的观测。加速膨胀于1998年通过对超新星爆发的观测被发现。