宏轟宇宙的起源-cuhk

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1、陳天機(jī)，王永雄，彭金滿宏轟？穩(wěn)態(tài)？2008-1-11第19頁/19.宏轟？穩(wěn)態(tài)？：宇宙起源的大爭論*香港中文大學(xué)大學(xué)通識教育部。**香港中文大學(xué)物理系。部份摘自陳天機(jī)：《大自然與文化》(第2版)(香港：中文大學(xué)出版社，2006)，第1章：最大的大自然。討論大爭論最完整的書相信是HelgeKragh,CosmologyandControversy:TheHistoricalandDevelopmentofTwoTheoriesoftheUniverse。SimonSingh,BigBang:TheOriginoftheUniverse是暢銷

2、的通俗闡述。陳天機(jī)*，王永雄**，彭金滿**2008-1-111.大問題，大爭論我們的宇宙有沒有起源?現(xiàn)在的宇宙是怎樣的?將來的宇宙又會(huì)怎樣演變？宏轟理論(TheBigBangTheory)認(rèn)為宇宙源自太初突發(fā)的膨脹，密度日漸低降。穩(wěn)態(tài)理論(TheSteady-StateTheory)也認(rèn)為宇宙膨脹，但氫原子到處悄然介入，平均密度得以維持；宇宙自古如此，沒有(可以偵察到的)起源。爭論自1948年開始，延續(xù)了近30年，產(chǎn)生了兩項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)，以宏轟理論全勝告終。難以想像的是，宇宙這最大的大題目竟然會(huì)是科學(xué)家研究的對象，竟然得到今天公認(rèn)的細(xì)節(jié)答案

3、；而且倘如沒有這轟天動(dòng)地、劍拔弩張的論爭，答案肯定會(huì)姍姍來遲，甚或出現(xiàn)「無期」。這三十年的論爭也供應(yīng)了罕有的機(jī)會(huì)，讓我們看到理論、技術(shù)的交錯(cuò)發(fā)展、潮流取向的消長；更讓我們看到科學(xué)家和科學(xué)團(tuán)體人性的一面?！盖笆虏煌?，後事之師」，有不少地方值得參考，作為殷鑑。2.科學(xué)宇宙論的前奏1905年，愛因斯坦提出(狹義)相對論，認(rèn)為在宇宙中光速最大，而且任何相對速度都不可能超過光速。後來(1915)他更提出廣義相對論，認(rèn)為重力扭曲了時(shí)空。1919年，他自然地應(yīng)用相對論將整個(gè)宇宙作為研究的對象，但初步結(jié)果使他大吃一驚，宇宙間所有物質(zhì)不住互相拉近，整個(gè)宇宙

4、最終可能自動(dòng)崩潰。愛因斯坦當(dāng)時(shí)想像中的宇宙應(yīng)該是靜態(tài)的，因此他在方程式裏插入一個(gè)名為「宇宙常數(shù)」(cosmologicalconstant)的東西，代表一種斥力，使所有物質(zhì)互相排斥，使宇宙達(dá)到一個(gè)靜態(tài)平衡。SimonSingh,BigBang:TheOriginoftheUniverse,pp.153-160.從今天的眼光來看，愛因斯坦的「宇宙常數(shù)」就像上古時(shí)托勒密的週轉(zhuǎn)圓一樣，是「只此一次，下不為例(adhoc)」的，也是對靜態(tài)宇宙一廂情願(yuàn)信仰的表現(xiàn)。陳天機(jī)，王永雄，彭金滿宏轟？穩(wěn)態(tài)？2008-1-11第19頁/191922年，蘇聯(lián)的佛

5、里曼修正了愛因斯坦理論的一個(gè)錯(cuò)誤，AlexanderA.Friedman(1888-1925)，蘇聯(lián)物理學(xué)家、氣象學(xué)家。愛因斯坦將一個(gè)方程式兩邊用除法消掉一個(gè)數(shù)；但這數(shù)可能是0。指出愛因斯坦的宇宙其實(shí)可以不住收縮，也可以不住膨脹。比利時(shí)神父勒梅特FatherGeorges-HenriLema?tre(1894–1966).在1927年提出，我們的宇宙從最早的「太初原子(primevalatom)」開始，正在不住膨脹。他有時(shí)也用「宇宙卵(Cosmicegg)」，有點(diǎn)中國傳說中「盤古開天闢地」的味道。勒梅特是一位兼顧科學(xué)、宗教的奇人。他與天文

6、學(xué)界接觸緊密，顯然得到啟發(fā)(見下節(jié))，在1927年，勒梅特早已從自己的太始原子理論推出了兩年後震撼天文學(xué)界的「哈勃定律」，HelgeKragh,CosmologyandControversy,:TheHistoricalandDevelopmentofTwoTheoriesoftheUniverse,pp.58-59。但自1933年後在宇宙論研究方面便沒有作進(jìn)一步的貢獻(xiàn)。這位淡泊名利的君子後來也備受榮寵，做了教宗科學(xué)院的院長(1960-66)。PontificalAcademyofSciences是羅馬天主教廷轄下的科學(xué)院。3.宇宙膨脹的

7、觀測證據(jù)3.1.光學(xué)杜普勒效應(yīng)天文學(xué)家利用光譜學(xué)，可以推論出星體與地球的相對速度。假如我們知道某一條(地面)光譜線的實(shí)際波長λ，而觀察到星體放出的同一條光譜線的「有效波長」卻是不同的λ’，則星體與地球的相對速度是，v=c(λ’-λ)/λ,c=光速。v>0:星體離開我們(星體光譜有效波長增大：俗稱「紅移」)v<0:星體趨近我們(星體光譜有效波長縮短：俗稱「藍(lán)移」)嚴(yán)格來說，用「紅移」的字眼代表「離棄」，只應(yīng)限於波長低於「紅光」的光；用「藍(lán)移」的字眼代表「趨近」，只應(yīng)限於波長大於「藍(lán)光」的光。這現(xiàn)象叫做「杜普勒效應(yīng)」Dopplereffect

8、。發(fā)現(xiàn)者是杜普勒(J.ChristianA.Doppler,1803–1853)奧地利物理學(xué)家，杜普勒所發(fā)現(xiàn)的是聲波效應(yīng)(他是火車的?？?，發(fā)現(xiàn)火車經(jīng)過時(shí)汽笛聲音由高(頻率高，波長小))變低(頻