◇◇新语丝(www.xys.org)(xys7.dxiong.com)(xys.ebookdiy.com)(xys2.dropin.org)◇◇   浅说宇宙膨胀和宇宙大爆炸   作者:夕阳不下山   在我们讨论宇宙膨胀和宇宙大爆炸之前,我们必须先对什么是宇宙下一个定 义。也许有人要说宇宙有什么定义,宇宙不就是无穷无尽,无边无际吗。但我们 要说当我们用科学的观点去讨论一个对象时,必须对这一个对象下一个定义,不 然就是无的放矢。常言道“没有规矩,不成方圆”,哪怕讨论的对象是一个简单 的圆,我们也要先对圆形下一个定义。圆的简单的定义就是,当一条线段绕着它 的一个端点在平面内旋转一圈时,它的另一个端点的轨迹就叫圆。世间万物,小 到原子大到宇宙都有一个定义。我们对宇宙的定义是,对任何一个空间,如果在 此空间中的一切都遵从我们所发现的物理和化学规律,那么我们说这个空间就是 我们宇宙的一部分。如果有人说在外太空的某一处,我们的物理定律失效了,比 如说那里的物质可以违反爱因斯坦的相对论而可以超光速,那里的物质不遵从牛 顿的万有引力,那么它就不是我们的宇宙的一部分。   好了,我们已定义了我们要讨论的宇宙,现在我们可以讲一下我们在日常生 活中都会遇到的现象“多普勒效应”。正是这样一个你我都知的物理定律却是科 学家发现宇宙膨胀的基石。我们很多人都会在日常生活中观察到“多普勒效应”。 我们会观察到当一列火车高速向我们开来时,它的声音是尖锐高昂的。当火车驶 过我们身边远离而去后,声音却变得低沉。“呼啸而过”正是这一现象的描述。 那么为什么会发生这一现象呢,1842年,奥地利物理学家克里斯琴,多普勒找出 了产生这一现象的奥秘。他发现因为声音是一种波,当声源向我们逼近时,声波 被压缩,声波波长变短从而频率变高,当声源离我们远去时,声波被拉长从而频 率变低。正如多普勒所指出的那样,”多普勒效应“不仅适用于声波那样的机械 波,也适用于光波那样的电磁波。当伟大的牛顿拿了一块三棱镜放在太阳光下时, 这个当时被任为是白色的光就被发现是由不同颜色的光组成,所谓“赤橙黄绿青 蓝紫”,就象我们看到雨后彩虹的样子。其中红色的光频率低,蓝色的光频率高。 “多普勒效应”同样适用于光波。当一个光源向我们逼近时,我们看到光的波长 会变短,频率变高,意味着它趋向蓝色端。科学家称这种现象为“蓝移”,反之 光源离我们远去时,光波波长变长,频率变低而向红端移动。科学家称之为“红 移”。   说到光的“蓝移”和“红移”还有一个小笑话。说的是一个美国驾驶人闯红 灯吃了罚单不服而要求上法庭(美国允许驾驶人不服罚单而上法庭)。在法庭上 驾驶人说:“我没有闯红灯,因为我明明看见是绿灯”。法官大怒说:“警察说是 闯红灯,你却说是绿灯,一派胡言”。驾驶人说:“法官大人,你应该知道多普 勒效应吧,当我的汽车驶向信号灯时,信号灯的波长变短,产生“蓝移”,所以 我的眼睛看到的就是绿色了。法官是知道多普勒效应的,想了想觉得有道理,就 撤销了驾驶人的罚单。当然这是一个笑话,汽车的速度确实会让信号灯的频率发 生非常微小的“蓝移”,但决不会大到让红色的灯变成绿色的。如果说驾驶人驾 驶的是一艘超高速的飞船,这个现象倒是有可能的。   那么我们的“多普勒效应”和宇宙膨胀又有什么关系呢,原来在1929年,美 国的著名天文学家哈勃(也就是我们现在命名为哈勃望远镜的那位)对远方的星 系作了大量的观察和光谱分析后发现远方的星系都有“红移”现象。“红移”代 表一个物体离我们远去,他从而得出了宇宙在膨胀的推断。那么为什么观察到远 方的星系离我们远去会得出宇宙膨胀的推断呢?这里我们要做一个小小想象实验。 想象我们站在一个部满斑点的巨大汽球上,当汽球膨涨时,汽球上的每一个斑点 之间的距离都变大了,而我们是站在汽球上的一点去看其他的斑点时,我们会发 现每一个斑点都离们远去,所以宇宙的膨胀就来源于这样一个简单的推理。   那么宇宙膨胀又是怎么导出宇宙来源于一次大爆炸呢?既然我们认同宇宙是 在膨胀,那么一个简单的常识是早期的宇宙一定比现在的小。那么早期的宇宙会 不会固定在一个小范围,象一个小汽球那样呢。根据现在的物理定律来看,这是 不可能的。在本文一开始,我们就给宇宙下了一个定义,在这个宇宙里的万物必 须遵从现有的物理规律,这里就包括著名的牛顿“万有引力”定理。万有引力定 理告诉我们任何两个有质量的物体不管它们之间的距离是如何遥远,它们必定要 受万有引力的吸引而靠近。好了,如果早期的宇宙是一个静止的,有一定大小的 宇宙,那么因为这个宇宙充满了物质(无数的星星),这些星星会由于万有引力 的作用而走到越来越近,而宇宙也会变得越来越小。所以一个静止的宇宙是不可 能的,它不是在膨胀就是收缩。由于万有引力的作用,宇宙的起源只能是一点, 科学家称之为“奇点”。那么宇宙是否可一由“奇点”慢慢膨涨开来呢?科学家 经过计算认为这也是不可能的,应为慢慢的膨胀决不可能克服巨大万有引力的吸 引。宇宙的起源只能来自一次大爆炸,只有一个超乎人想象的特大爆炸的力才能 克服万有引力而让无数的物质飞向远方,而形成现在仍在膨涨的宇宙。就好像西 游记中孙悟空出世那样,一声天崩地裂,蹦出一个美猴王。   你看,宇宙的膨胀和大爆炸的推断,好像不需要高深的物理和数学,似乎我 们每一个人都能成为一个小小宇宙学家呢。 (XYS20131021) ◇◇新语丝(www.xys.org)(xys7.dxiong.com)(xys.ebookdiy.com)(xys2.dropin.org)◇◇