什么决定了我们的命运?对现代宇宙学家来说,命运归结为哈勃常数

导语:什么决定了我们的命运?对于斯多葛希腊哲学家来说 , 命运是神意的外在产物 , 是“命运之线” 。 对于亨利·戴维·梭罗(HenryDavidThoreau)等先验主义者来说 , 这是一个内在的自决问题 , 即“一个人对自己的看法” 。 对于现代宇宙学家来说 , 命运完全是另外一回事:一个全面的、非个人的物理过程 , 可以归结为一个单一的、重要的数字 , 称为哈勃常数 。
01哈勃常数
1、哈勃常数可以简单地定义为宇宙膨胀的速度
哈勃常数可以简单地定义为宇宙膨胀的速度 , 它是衡量星系之间空间扩张速度的指标 。 然而 , 最轻微的解释就会暴露出看似简单的复杂网络 。 向后推断膨胀过程意味着我们可以观察到的所有星系都起源过去的某个时间点——从大爆炸中出现——并且宇宙的年龄是有限的 。 向前推算呈现出两个截然相反的未来 , 要么是一个无休止的扩张和消散时代 , 要么是最终将消灭当前秩序并重新开始这一过程的转变 。
什么决定了我们的命运?对现代宇宙学家来说,命运归结为哈勃常数
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这是一个很小的数字上的大量情感和智力负担 。 自1929年埃德温·鲍威尔·哈勃(EdwinPowellHubble)发表第一个宇宙膨胀的明确证据以来的90年中 , 对哈勃常数的回顾性和前瞻性解释都引发了持续的争议 。 最近 , 随着越来越精确的技术争议 , 又出现了另一种形式用于测量膨胀率的预测已经开始产生明显不同的预测 。 这种差异让宇宙学家怀疑他们是否在宇宙如何从大爆炸演变到今天的模型中遗漏了重要元素 。
2、哈勃常数以每兆秒差距的公里/秒为单位表示
用科学的说法 , 哈勃常数以每兆秒差距的公里/秒为单位表示 , 但宇宙学家很少以这种深奥的方式谈论它 。 他们通常把它当作一个赤裸裸的数字来讨论 , 它的意义是护身符 。 在1930年代 , 宇宙学家计算出哈勃常数为500 , 并对其含义争论不休 。 今天 , 他们就真正的值是67还是73进行了同样热情、细致地辩论 。 希望对这个数字应用足够的定量精确度 , 能够回答有关人类在宇宙秩序中的地位的广泛问题 。 我们要么是慢慢消亡的现实的一部分 , 要么是深不可测的永恒中的昙花一现 。 哈勃常数可以告诉我们这些相互矛盾的存在主义恐惧中的哪一个在等待着我们 。
3、科学家们对哈勃常数的迷恋
科学家们对哈勃常数的迷恋始于对这个数字进行任何适当测量之前——在没有明确证据表明它是真实存在的之前 。 扩大空间的最初迹象根本不是来自观测 , 而是来自阿尔伯特爱因斯坦于1915年完成的广义相对论 , 该理论描述了引力的性质及其对空间和时间的影响 。 两年后 , 爱因斯坦发表了一篇大胆的论文 , 探讨了他的新理论对整个宇宙的影响 , 从而结束了他的胜利 。
02爱因斯坦的假设
1、爱因斯坦假设宇宙是静态和永恒的
根据当时流行的天文知识 , 爱因斯坦假设宇宙是静态和永恒的 。 在这种态度下 , 他还坚持至少可以追溯到亚里士多德的哲学传统 , 以及他对由完美嵌套的水晶球构成的宇宙的概念 。 然而 , 在绝对非晶体的相对论框架中 , 停滞并不容易实现 。 除非整个宇宙都在膨胀——或者除非有某种反重力效应可以阻止这种情况的发生 , 否则重力自然会导致空间自行坍缩 。
什么决定了我们的命运?对现代宇宙学家来说,命运归结为哈勃常数
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爱因斯坦选择了第二种解决方案 , 并在他的描述宇宙状态的方程中添加了一个额外的术语 , 用希腊字母Lambda(Λ)表示 。 从本质上讲 , Lambda是一种假想力 , 它可以完全抵消重力以保持一切平衡 。 用不合时宜的术语来说 , 爱因斯坦找到了一种将哈勃常数设为零的方法 。 或许他是这么想的 。
2、爱因斯坦的方程允许膨胀宇宙、收缩宇宙 , 甚至震荡宇宙
大约在同一时间 , 爱因斯坦在莱顿大学的朋友威廉·德西特向皇家天文学会展示了他自己对广义相对论的宇宙学解释 。 为了降低问题的复杂性 , 德西特考虑了一个没有星系和复杂结构的简化宇宙模型的情况 。 令他惊讶的是 , 他发现模型中的物体似乎分开 , 尽管他认为这是一种错觉 , 而不是对扩大空间的物理描述 。
然后 , 一位有远见的俄罗斯物理学家和气象学家亚历山大·弗里德曼更进一步 , 让静止的宇宙不可逆转地开始运动 。 从他的出版物《论空间曲率》(1922年)开始 , 他将德西特解释中隐含的不稳定性进行了明确化 , 表明爱因斯坦的方程允许广泛的可允许解:膨胀的宇宙、收缩的宇宙 , 甚至振荡宇宙 。 天文学家很清楚恒星和行星会随着时间而改变 。 弗里德曼的工作暗示整个宇宙可以进化 。