弗裡德曼提出兩個假設,預言了哈勃的發現結果,宇宙並不是靜態的

2020-08-10 宇乾說天氣

據目前所知,宇宙是浩瀚無限的,每逢夜晚,星星的光芒點點,殊不知這些光芒是耗費了多少時間才到達我們地球,而小編一直對太空充滿嚮往和憧憬,今天你們就和小編一起研究吧!

廣義相對論方程確定了宇宙如何隨時間演化,然而這些方程的詳細解算卻極為複雜。因此,弗裡德曼另闢蹊徑,他就宇宙作了兩個非常簡單的假設:無論從哪一個方向去觀察,宇宙看上去都是一樣的;還有,要是我們能從任何別的地方觀察宇宙,上述結論仍然成立。根據廣義相對論和這兩個假設,弗裡德曼證明了我們不應該期望宇宙是靜態的。實際上,在哈勃做出他的發現之前的若干年,弗裡德曼於1922年就已精確預言了哈勃所發現的結果。

事實上,關於宇宙從任何方向看來都是相同的假設顯然是不成立的。例如,我們銀河系中的其他恆星在夜空中構成了一條明顯的光帶,這就是銀河。但是,如果我們的觀察對象是遙遠的星系,那麼從不同方向上看起來星系的數目大體上是相同的。所以,從不同方向去觀察,宇宙看上去確實大體上是一樣的,但這裡有一個前提,即觀測視野的範圍應遠遠大於星系間的距離。

在很長的一段時間內,這為弗裡德曼的假設——作為真實宇宙的某種粗略近似——提供了充足的理由。然而,後來一次很幸運的偶然事件揭示了真相:實際上弗裡德曼的假設是對我們的宇宙的極為精確的描述。1965年,在新澤西州貝爾實驗室工作的兩位美國物理學家阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜,設計了一臺甚高靈敏度的微波探測器,目的是用於與軌道上的衛星進行通訊聯繫。使兩人深感迷惑不解的是,他們發現這臺探測器所接收到的噪聲比預期來得多,而且多餘的噪聲似乎並非來自任何特定的方向。

開始時,他們尋找探測器上飛鳥的糞便,還檢查了其他可能的儀器故障,但這些情況很快被一一排除。他們明白,對任何來自大氣層內部的噪聲來說,探測器傾斜安置時的噪聲要比指向天頂時來得大,因為當探測器的指向與垂直方向成某個交角時,大氣層會顯得比較厚。無論探測器指向哪個方向,多餘的噪聲始終保持不變,所以它必然來自大氣層之外。還有,儘管地球在不斷地繞軸自轉,同時又繞著太陽運動,但在整個一年中,無論白天還是黑夜,這種噪聲始終保持不變。這說明輻射一定來自太陽系之外,甚至來自銀河系之外,否則因探測器隨地球運動而指向不同的方向,輻射也應當隨之發生變化。

事實上,我們知道這類輻射在到達地球之前,必然穿越了可觀測宇宙的大部分空間。因為輻射表現為各向同性,那麼宇宙一定也是各向同性的,至少在大尺度上應該如此。現在我們知道,無論從哪個方向去看,這類噪聲的相對變化絕不會超過萬分之一。因此,彭齊亞斯和威爾遜在無意之中,以很高的精確度偶爾證實了弗裡德曼的第一個假設。差不多在同一時間,不遠處普林斯頓大學的兩位物理學家鮑勃·迪克和吉姆·皮伯爾斯也對微波饒有興趣。當時他們正在深入研究喬治·伽莫夫的一種設想:早期宇宙應該是非常熾熱的,且密度很高,會發出白色的光芒;須知伽莫夫曾經是弗裡德曼的學生。

迪克和皮伯爾斯認為,這種光芒現在仍然能看到,原因在於從早期宇宙非常遙遠部分所發出的光線現在應當剛好到達地球。不過,由於宇宙膨脹,這種光線應該有非常大的紅移,因而現在就我們來看便表現為微波輻射。迪克和皮伯爾斯此時正在尋找這類輻射,當彭齊亞斯和威爾遜得知他們的工作時,便意識到自己已經找到了這種輻射。彭齊亞斯和威爾遜因這項工作於1978年獲諾貝爾獎,而這對迪克和皮伯爾斯來說似乎有點殘酷。

上述觀測證據充分說明,無論在哪個方向上,宇宙看起來都是一樣的,表面上看這好像暗示了我們在宇宙中所處的位置應該與眾不同。說得具體一點,這似乎意味著如果我們觀測到的所有河外星系都在遠離我們而去,那麼我們必然位於宇宙的中心。

怎麼樣,學到了不少知識吧,小編通過認真觀察可是學了不少東西呢,不知道你有沒有收藏關注,沒有的話可是要牢牢記住哦,畢竟是知識乾貨,價值不菲呢!

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