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静态宇宙模型认为,物质分布不是成团的

时间:2019-11-29 08:26来源:数理科学
广义相对论以前,在科学上一直认为宇宙整体是稳定的不变的,尽管人们看到行星和卫星在不断地运动着。这就是静态宇宙模型。 从古到今,宇宙起源就是一个长年霸屏的热搜话题,很

广义相对论以前,在科学上一直认为宇宙整体是稳定的不变的,尽管人们看到行星和卫星在不断地运动着。这就是静态宇宙模型。

从古到今,宇宙起源就是一个长年霸屏的热搜话题,很多人都挑战过。那宇宙起源的话题到底现在发展成什么样子呢?今天,我就来给你盘点一下。宇宙学原理

静态宇宙模型认为,存在feeetfe着一个固定的空间背景,恒星、行星和其他天体都在这个固定的背景舞台上表演,就像固定桌面滚动的台球一样。这是一个在时间中不变的永恒的宇宙。

如果我们从地球上望向宇宙的深处,我们常常会看到物质分布都是成团结构,卫星绕着行星转,行星绕着恒星转,星团和星系绕着质心在转。

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如果我们从更大尺度来看,比如:银河系大概有1500亿~4000亿颗恒星组成,它就是一个盘状结构的。

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如果,我们再拉到更大尺度(1亿光年以上,10^8光年)来看,物质分布不是成团的,众多的星系团均匀各向同性地分布在宇宙空间中。而且随着尺度越大,各向同性越明显。

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这么说,你可能没啥感觉,我们可以举一个树林的例子,你就明白了。如果你在森林里单独看一棵树或者几棵树,也就是在很小的范围里去看,他们都不太一样。

但如果你把镜头拉得足够高,再去拍,你会发现,你根本无法区分这些树之间的区别。这是因为在更大的尺度上,整片森林都是均匀并且各向同性的,不那么精准的通俗理解就是:每个部分看起来都是一样的,像是均匀地分布着。

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所以,爱因斯坦根据观测事实,总结出了一条宇宙学原理:在宇宙观测尺度上,1亿光年以上,宇宙中地物质始终均匀各向同性的分布着,这就被称为宇宙学原理。

如果非要用一句话来帮助我们理解这个原理的话,那就是地球其实在宇宙中一点都不特殊,只是普普通通的存在,适用于地球地定律也适用于宇宙,因为我们深处于整个宇宙当中。爱因斯坦的”有限无边静态宇宙“模型

爱因斯坦在提出宇宙学原理时,他受到当时主流的科学观点的影响,认为宇宙是恒定不变的,不应该随着时间变化而变化,也就是说是静态的。翻译成人话就是,爱因斯坦相信宇宙是永恒不变。

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所以他希望能够从他的广义相对论场方程,求出一个静态宇宙模型。

可是,他发现他的广义相对论场方程得出的结果并非是静态的。为了得到他想要地结果,他在他的广义相对论场方程中添加了一个宇宙常数。

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有了这个宇宙常数,使得爱因斯坦最终得到了他想要的结果:有限无边的静态宇宙模型。宇宙大爆炸的来源

话说爱因斯坦的相对论场方程是十个偏微分方程组成的方程,它其实特别复杂,很难进行求解,想得到结果就得先进行必要简化。

当时有两个人都做出了类似得简化,他们做的简化就是假设:空间是各向同性得流体。这种简化也被称为度规。

当时有个苏联科学家弗里德曼采用不含宇宙常数的爱因斯坦相对论场方程推导出了动态的膨胀的宇宙模型。

后来,比利时有个叫勒梅特的神父得到了类似的膨胀或者脉动的宇宙模型。

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然后罗伯逊和沃尔克给出了度规的证明,于是这四人贡献的度规合称:FLRW度规。

多说一句,其实这个FLRW度规告诉我们,宇宙在什么情况下是无限大的,什么情况下是有限大的,这个我们在之后会专门详细讲解。

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这里多说一句,所谓的“度规”可以理解成时空的形状以及度量这个形状所用的坐标系。

举个例子,我们初中学的平面其实,可以理解成假设空间是二维平面,而坐标系可以是直角坐标。有了坐标系就可以量化计算。而空间的问题也是运用这个办法来解答的,这种方法也就叫做度规。

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凤凰彩票在线计划,我们说回到勒梅特,他其实是第一个提出宇宙爆炸和演化思想的人,他认为:宇宙最初处于有序性极高,也就是熵极小的状态。他管这个叫做“宇宙蛋”,然后“宇宙蛋”爆炸并不断膨胀,混乱度不断上增加,演化成我们今天的宇宙。

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我们在来仔细理解一下勒梅特的意思,爱因斯坦认为宇宙不会随着时间而发生变化,是静态的。而勒梅特认为,宇宙是随着时间在膨胀的,所以随着时间反推,最初的宇宙应该是一个很小的点。

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哈伯定律

但是到目前为止,你会发现,这就只有理论,连个证据都没有,那谁会信呢?

就在这时出现了一位喜欢仰望星空的小伙叫做哈勃。

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哈勃这位小伙子用大型望远镜夜观星象,他发现,星系的宇宙学红移与星系与地球的距离成正比。

这也被称为:哈伯定律。

翻译成人话就是:离地球远的天体,在正在远离地球,而且是越来越远。这正好和勒梅特的理论是相吻合的。

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