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誰能介紹壹下暴脹宇宙理論?

夏日的夜空,繁星閃爍,讓人陷入對宇宙的遐想。在20世紀10 ~ 20世紀20年代期間,天文學家發現遙遠星系的譜線頻率隨著離我們的距離有規律的變化,即譜線發生了紅移。1929年,哈勃總結出譜線紅移定律:對於遙遠的星系,紅移與星系和我們的距離成正比,比例系數H稱為哈勃常數,稱為宇宙學紅移。此後,在紅外和整個電磁波段都觀察到了這壹規律。據解釋,這是由於星系系統地遠離我們時的多普勒效應造成的。這就好比火車離我們遠的時候汽笛的音調(也就是頻率)比靜止的時候低,從而得出結論:所有的星系都在離我們而去,離我們越遠,運動越快。就像面包混合葡萄幹在烤箱裏膨脹。這個模型被稱為宇宙膨脹模型或大爆炸模型。近年來,基於宇宙膨脹,提出了爆炸宇宙等許多改進模型。

從宇宙膨脹的角度,用哈勃公式推導出過去宇宙中的所有天體都應該聚集在壹點,由於某種原因,其內部發生了“大爆炸”。現在的宇宙誕生了,由此得出時間有開端,空間有限的結論。大爆炸之後過去了多少時間,也就是宇宙的年齡有多大,取決於哈勃常數h的大小,最初哈勃常數只有500(千米/秒/百萬秒差距),所以計算出的宇宙年齡比地球的45億年年齡要小得多。後來改成50 ~ 100。如果取100,宇宙年齡只有100億年,而銀河系球狀星團的年齡是15億年,非常矛盾。如果取50,宇宙的年齡是200億年,矛盾不是那麽明顯,所以大爆炸宇宙學家是同意的,但是在觀測中,這個數值有些勉強。多少錢?還沒有定論。近年來,用哈勃太空望遠鏡的觀測結果趨於80。計算年齡為654.38+02億年,矛盾依然明顯。未來宇宙是保持膨脹還是收縮,取決於宇宙的平均密度。宇宙的平均密度是多少還不確定,因為觀測距離越遠,平均密度越小,是否存在下限還不確定。1965年發現宇宙中的2.7K微波背景輻射,被大爆炸理論家解讀為數百億年後大爆炸時的光的遺跡,是大爆炸宇宙的壹大證據。但這種解釋並不唯壹,因為宇宙中充滿了介質,2.7K微波背景輻射具有黑體輻射的性質,可以解釋為宇宙中介質發出的溫度為2.7K的熱輻射。

仔細分析,問題可能在於把譜線的紅移解釋為星系運動的多普勒效應。過去人們用多普勒效應來解釋銀河系中恒星的譜線運動,從而成功地確定了銀河系中的自轉現象。但是在天文觀測中發現了壹些紅移的現象,很難用運動的多普勒效應來解釋,這就讓人想到壹定有其他機制可以產生紅移。以下是壹些觀察結果。

①多普勒效應對於同壹個天體來說與譜線頻率無關,所以觀察每個星系中不同譜線的紅移,比較它們是否壹致,是鑒別紅移是否由多普勒效應引起的壹個依據。如果壹致,說明可能是多普勒效應引起的;如果不壹致,可以肯定的是,至少不完全是多普勒效應造成的。威爾遜在1949年對星系NGC4151的觀測表明,雖然不同頻率的紅移差別不大,但超出了觀測誤差範圍。頻率越高,紅移越小。這樣,至少可以認為宇宙的紅移不完全是多普勒效應造成的。

(2)扣除各種已知的運動效應後,從太陽中心發射到邊緣各點的同壹譜線,在邊緣附近有較大的紅移,紅移在太陽半徑的90%左右急劇增加。這意味著太陽中仍有壹些未知因素產生紅移。

③先鋒6號飛船發射的遙測信號中心頻率為2292 MHz。當飛船繞過太陽背面,經過太陽邊緣時,觀測到了異常的紅移。

④類星體的紅移壹般都很大。如果這壹切都歸因於多普勒效應,計算出的距離壹般在100萬秒差距以上。由此推算出它的總發光能力是銀河系的100倍。射電能量是銀河系的654.38+百萬倍。

而光變周期計算出來的直徑只有壹光年左右,也就是說類星體的輻射密度很高,但產生如此高輻射密度的物理機制目前還沒有找到。壹些天文學家認為,類星體的紅移至少有壹部分不是多普勒效應造成的,因此類星體與我們的距離比現在近得多。

⑤星系和類星體是相互關聯的,即這兩個或兩個以上的天體是緊密的,物理上是相連的。觀測表明,壹些伴生天體的紅移值相差很大,壹些類星體的吸收線和發射線也互不相同,不同的吸收線有不同的紅移值,稱為多重紅移。

既然這些紅移不能用多普勒效應來解釋,那麽它們的成因是什麽呢?雖然影響光發射時頻率的因素有很多,但是宇宙中那麽多的天體僅僅隨著離我們的距離而發生如此有規律的變化,這是很難理解的。光在漫長的傳播路徑上已經走過了幾億到幾十億年,這期間影響其頻率的因素肯定比發射的那壹刻多。現在人們知道星系際空間中存在壹種星系際介質,其密度在10e-29g/cm3以下。成分和銀河系大致相同。除了星系際氣體、塵埃和固體物質,以及低光度恒星之外,還有大量的基本粒子。

據估計,星系間基本粒子的質量占整個宇宙總質量的絕大部分,它們是不可見的。

光和介質之間的相互作用是復雜的。介質不僅能吸收光,還能再次發光。重新發射的光的頻率不僅是原始頻率,還有其他頻率,只是在原始頻率及其附近強度最高。其實人們早就知道,光子在傳播過程中,由於與介質的相互作用,會逐漸變成低頻光子。但過去認為這只會衰減譜線而不會紅移。

根據惠更斯原理,波前上所有粒子產生的子波疊加後,可以形成新頻率的平面波。新產生的頻率疊加在原頻率上的結果是,譜線不會像壹般認為的那樣平滑消失,而是整體移動。在長距離傳播中,光的光譜像在光譜域中傳播的波壹樣變化。這裏,頻域相當於壹根弦,頻譜的強度相當於弦的振幅,譜線對應於弦上的峰值,峰值在弦上的傳播對應於譜線在頻域的傳播。這種新型波被稱為頻域波。如果新產生的頻電能量低於原頻率但高於原頻率,則頻域波向低頻端傳播,形成譜線紅移;反之,頻域波向高頻端傳播,形成譜線紫移。根據實際經驗,低頻成分總是比高頻成分多,所以實際上經常觀察到紅移。

星系際空間充滿介質,星光必須穿過介質才能到達地球,所以譜線必然紅移,距離越遠紅移越大,這與哈勃公式壹致。對於宇宙紅移,首先要扣除介質產生的紅移效應,剩下的可以解釋為多普勒效應,這是處理觀測數據的必要步驟。然而,在繪制膨脹宇宙模型時,這項工作以前沒有做過。演繹之後,結果無非是三種情況:①宇宙在全部演繹之後是穩定的。(2)有剩余,宇宙在膨脹。然而,此時的膨脹速度比現在想象的要慢得多,宇宙的年齡也比現在計算的要老得多。③為負,宇宙正在縮小。因為我們目前對空間的情況知之甚少,雖然對地球上的介質與波的相互作用有所了解,但對星系際空間中實際發生的事情卻知之甚少,也許壹些重要的相互作用並沒有實現。很難認為自媒體紅移推演的結果已經完成。也許我們應該從宇宙的紅移來反推星系際介質的情況,因為我們看到的宇宙是分層次的,包括行星、恒星、星團、星系、星系團、總星系等。,它們的平均密度呈指數下降,這說明宇宙是不均勻的。地球圍繞太陽轉,太陽圍繞銀河系中心轉,銀河系圍繞本星系團中心轉,星系團圍繞宇宙背景輻射所代表的星系間空間中的介質運動,宇宙不是各向同性的。這是我們能看到的最遠的宇宙。

眾所周知。對於壹個引力系統來說,只有具有壹定的角動量(轉動),才能保持相對穩定的結構。所以觀測到的宇宙是相對穩定的,可以認為宇宙的紅移主要是光通過星系間介質時的頻域波。如上所述,宇宙是膨脹、穩定還是收縮,只有在扣除星系際介質的影響後才能確定。但是,扣除介質的影響需要對星系際介質有詳細的了解,目前很難做到。也許我們應該利用紅移數據,從宇宙是壹個相對穩定的旋轉系統的觀測中,推導出介質的情況。人類就是這樣通過不斷探索來認識宇宙的。