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膨胀或脉动的宇宙（第1页）

膨胀或脉动的宇宙

几年之后，一个名不见经传的前苏联数学家弗利德曼，应用不加宇宙项的场方程，得到了一个膨胀的或脉动的宇宙模型。弗利德曼的宇宙在三维空间上也是均匀各向同性的，但是，它不是静态的。这个宇宙模型随时间而变化，分三种情况：第一种情况，三维空间的曲率是负的；第二种情况，三维空间的曲率为零，也就是说，三维空间是平直的；第三种情况，三维空间的曲率是正的。在前两种情况下，宇宙不停地膨胀；在第三种情况下，宇宙先膨胀，达到一个极大值后开始收缩，然后再膨胀，再收缩……因此第三种宇宙是脉动的。爱因斯坦得知这类膨胀或脉动的宇宙模型后，十分兴奋，他认为自己的模型有缺陷，应该放弃，弗利德曼的模型才是正确的宇宙模型；同时，爱因斯坦宣称，自己在广义相对论的场方程上加宇宙项是错误的，场方程不应该含有宇宙项，但后人并未重视爱因斯坦的意见，继续讨论宇宙项的意义。今天，广义相对论的场方程有两种：一种不含宇宙项，另一种含宇宙项，这两种都在专家们的应用和研究中。

早在1910年前后，天文学家就发现大多数星系的光谱有红移现象，个别星系的光谱还有紫移现象。这些现象可以用多普勒效应来解释：远离我们而去的光源发出的光，我们收到时会感到其频率降低，波长变长，并出现光谱红移的现象，即光谱会向长波方向移动。反之，迎面而来的光源，光谱线会向短波方向移动，因此出现紫移现象。这种现象与声音的多普勒效应相似。许多人都有过这样的感受：迎面而来的火车其呜叫声特别尖锐刺耳，远离我们而去的火车其呜叫声则明显迟钝。这就是声波的多普勒效应。

如果认为星系的红移、紫移是多普勒效应，那么大多数星系都在远离我们而去，只有个别星系在向我们靠近。后来的研究发现，那些向我们靠近的紫移星系，都在我们自己的本星系团（银河系所在的星系团称本星系团）中。本星系团中的星系，多数红移，少数紫移，而其他星系团中的星系就全是红移了。

1929年，美国天文学家哈勃总结了当时的一些观测数据，提出了一条经验定律，河外星系（银河系之外的其他银河系）的红移大小正比于它们离开银河系中心的距离。这个定律也可以表述为：河外星系的退行速度与它们离我们的距离成正比（V=HO×d）。

式中V是河外星系的退行速度，D是它们距银河系中心的距离。这个定律称为哈勃定律，比例常数H称为哈勃常数。根据哈勃定律，所有的河外星系都在远离我们；而且离我们越远的河外星系，逃离得越快。

个别星系的紫移可以这样解释，本星系团内部各星系要围绕它们的共同重心转动，因此总会有少数星系在一定的时间内向我们的银河系靠近。这种紫移现象与整体的宇宙膨胀无关。

哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。不过，在距离与红移量的关系图中，哈勃标出的点并不是集中在一条直线附近，而是比较分散的。以后的观测数据则越来越精确，数据图中的点也越来越集中在直线附近，哈勃定律终于被大量实验观测所证实。