日期：2017-09-05 10:04:44
　　第五十二回：宇宙在运动
　　人类对小尺度宇宙研究方兴未艾的同时，大尺度宇宙学也在兴起，再回到1916年爱因斯坦提出广义相对论之初。
　　尽管爱因斯坦提出引力本质是时空的弯曲，但依然没有办法解决坍缩的问题，危言耸听一点，如果不考虑地球与太阳的生命，长此以往地球有一天回滚到太阳上。其实这也是牛顿宇宙中遗留下来的问题，爱因斯坦也为此感到担忧，于是他提出和引力相对的物理概念—斥力，不过这个斥力不是物质之间才有的，而是贯穿于整个宇宙空间、与物质无关的，为此他在广义相对论方程中增加了一项宇宙常数（Λ）。

　　有了这个宇宙常数，爱因斯坦认为宇宙应该是永恒不变的、静止的，所以1917年他提出一个有限、没有边际的宇宙模型，就像我们的地球一样，如果一个人始终沿着一个方向走，只要不掉进海里，他总能回到出发点上来。在一次讲座中爱因斯坦阐述了自己的理论，底下做着一位主教，他用颤颤歪歪的声音问爱因斯坦，如果宇宙恒定，是不是就以为着上帝的存在—宇宙之外便是上帝。几百年过去了，他们还在为上帝安排一个合适的住所忧心忡忡。

　　广义相对论方程是相当复杂的，复杂到爱因斯坦本人也许都会解错了，要知道爱因斯坦的数学并非登峰造极的。1922年，来自前苏联的一位数学家弗里德曼（Friedman，1888—1925），他在没有增加宇宙常数的情况下解广义相对论方程，他发现宇宙空间存在不同的可能性，有可能是爱因斯坦提出的封闭的球状结构、还有可能是平直空间结构和双曲马鞍面的结构，关键是不管哪种宇宙空间模型，宇宙都是在动的，而且不仅仅是收缩，也会膨胀。

　　对此爱因斯坦表示如果有人和他本人的解不一样，那别人肯定是错误的。弗里德曼算了几遍，实在找不出什么地方出了错，于是连同计算稿纸全部寄给了爱因斯坦。爱因斯坦通过计算，原来是自己算错了。他立刻给杂志写信，澄清是自己算错的问题，但是他依然坚持宇宙是静止的，而弗里德曼的解是没有任何物理意义的，只是数学上的手法而已。看来薛定谔不懂薛定谔方程，爱因斯坦也解不好爱因斯坦方程。

　　差不多也在此时，比利时的一位牧师勒梅特（ Lemaitre，1894—1966）在完全不知道弗里德曼的工作情况下，独自解广义相对论方程，不同的是他考虑了宇宙常数。他算出虽然爱因斯坦增加了宇宙常数，但是稍微的一扰动，宇宙就又不能平静了—不是收缩就是膨胀。但是爱因斯坦暂时还不需要为此感到担心，因为勒梅特的解发表在一些小杂志上，爱因斯坦根本就不知道。此后，勒梅特到美国求学去了。

　　话说美国在南北战争之后，进入了整个人类史上都未有过的黄金时代。虽然在自然科学研究上还不是世界的中心，但是他们在天文研究上建立了很好的实验环境。当时的欧洲顶尖的科学家都在研究量子力学，比如泡利、海森堡在权衡二者之后，都选择了量子学作为主攻方向，不知道他二人加盟能否加快天文物理的进程，但是可以肯定量子力学没有今天的成就。
　　在天文方面有个人是不得不提的—爱德温哈勃（Edwin Hubble，1889—1953）他生于美国长与美国，大学毕业后前往牛津大学攻读文学，后来又成为了律师，不过最终他选择研究天文学，获得了博士学位，然后当了几年兵，退伍后，就一心在威尔逊天文台做起研究。哈勃有个很大的优点，善于捕捉一些细节，这可能是出于律师的操守，所以如果他一直干律师这行的话，估计也同样出色。只是他并不善于动手，幸运的是，他的助手恰如其分的弥补了这点。

　　当时人类对宇宙的理解仅限于银河系，也就是说银河系即宇宙。哈勃观测注意到，在所有的星云中，有些星云是固定不动的。为什么有些动、有些不动呢？因为这些星云距离地球太远，感觉不到动。那时候，人类早已经观测到河外星系，但是只当它是一团星云。哈勃意识到银河系并不是宇宙唯一的星系，每个星系之间还很遥远很遥远，为了证明他的结论，他必须找到一种办法测量那些“不动的星云”到地球的距离。

　　1924年，哈勃利用造父变星成功测量了仙女星系到地球的距离。此后哈勃用同样的方法一口气找到了9个星系。哈勃对这些星系发出的光的光谱进行研究，结果让他大吃一惊，这些星系的光谱大部分都发生了红移。根据多普勒效应，这些星系都在离我们而去。哈勃还发现：离我们越远的星系，红移的要厉害，也就是离开我们的速度越快。1929年，哈勃发表宇宙膨胀的理论依据，并给出了星系远离速度和距离的正比关系。为此，爱因斯坦还特意到美国去了一趟，在事实面前，他也只好承认宇宙不是静态的，并宣称：宇宙常数是他一生中最大的错误。

　　那么问题来了，所有的星系都远离我们，是不是意味着地球或者太阳系或者银河系是整个宇宙的中心呢？宇宙就像一个丨炸丨弹一样，从中间炸开呢？如果是，那么估计天主教应该是最高兴的了，地心说到日心说都被否定之后，“银心说”也是可以接受的，但是这些星系彼此之间都是在远离的，也就是说所有星系是平等的，银心说也没有未来。宇宙更像一个膨胀的气球，每个质点都在相互远离开来。