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科学哈勃定律的提出，究竟经历了几代人的努力( 二 )


科学哈勃定律的提出，究竟经历了几代人的努力
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图为宇宙膨胀的可能结果 。 注意过去模型的差异 ， 只有具有暗能量的模型才符合我们的观察结果 ， 而暗能量主导的模型是de Sitter于1917年提出的 。 (THE COSMIC PERSPECTIVE / JEFFREY O. BENNETT, MEGAN O. DONAHUE, NICHOLAS SCHNEIDER AND MARK VOIT)
后一个做出巨大贡献的是威廉·德·西特（Willem de Sitter） ， 他于1917年表明：如果设定为由爱因斯坦的宇宙学常数主导的广义相对论宇宙 ， 宇宙会膨胀的 。 更令人震惊的是膨胀的性质：不受干扰、指数型增长且永久进行 ， 这意味着物质离我们越远则远离我们的速度越快 。
尽管没有充分的证据证明宇宙是在膨胀的 ， 但德西特指出 ， 就算是按照爱因斯坦的广义相对论设想 ， 宇宙也应当是膨胀的 。 （更令人惊讶的是 ， 他所描述的膨胀类型似乎是宇宙中的暗能量） 。
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图为用现代符号表示的第一弗里德曼方程 ， 其中左侧详细说明了哈勃膨胀率和时空的演变 ， 而右侧则包括了所有不同形式的物质和能量以及空间曲率 。 这被称为宇宙学最重要的方程 ， 由弗里德曼1922年提出的模型推导而来(LATEX / PUBLIC DOMAIN) 。
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1922年 ， 物理学家亚历山大·弗里德曼（Alexander Friedmann）发表了惊人的著作：Solving General Relativity for the case of a Realistic Universe（大致意思是 ， 以真实宇宙的情况/条件求解广义相对论） 。 这是首次对宇宙充满物质这一问题的解释 ， 这些东西可能是物质、射线、空间曲率、宇宙常数或者其他的任何东西 。
弗里德曼发现 ， 在任何情况下宇宙都必须膨胀或收缩 ， 如果宇宙充满物质或者空无所有 ， 那么静态的宇宙是不够稳定的 。 鉴于斯利普的观察和希伯·柯蒂斯（Heber Curtis）在1920年大辩论中提出的论点 ， 宇宙在膨胀的观点得到支持 。
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图为1877年对仙女座大星云的观测结果 ， 它是第一个被发现具有涡旋臂的临近星系 。 这张图是黑白的仅仅是因为当时的照片没有滤光 ， 而不是将红、绿、蓝合成在一起变成彩色 。 图上可辨认的特征在130年来就算随机出现的变星和短暂事件例如新星、超新星等 ， 都没有发生改变 。 (ISAAC ROBERTS)
但是一切在95年前发生了巨大转变 ， 埃德温·哈勃（Edwin Hubble）做出了也许是天文学史上最重要的观察 。 哈勃在仙女座大星云中寻找恒星爆发 ， 认为这是新星的出现 。 1887年的摄影揭示了仙女座星系的螺旋结构 ， 哈勃试着找出其中的新星来测量仙女座与地球的距离 。 一颗、两颗、三颗 ， 令人兴奋的事情出现了！
他在第一颗的位置找到了第四颗星！如果这两颗星是同一个 ， 那么变化不会有那么大 ， 于是他划掉了代表新星的“N”,然后用红笔写了大大的“VER” 。 基于Henrietta Leavitt之前在变星上的研究 ， 他能够计算出地球与仙女座的距离了 ， 然后发现：仙女座大星云不属于银河系 ， 它是一个独立的星系 。 接着 ， 哈勃把他的结论推广到了所有涡旋状的天体 。
这是解答所有疑惑的关键证据 ， 它证明宇宙是在膨胀的 。
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哈勃在M31仙女座星系中发现了造父变星 ， 为我们提供了银河系以外星系所需的观测证据 ， 这为我们打开了宇宙的大门 ， 意识到宇宙是在膨胀的 。 (E. HUBBLE, NASA, ESA, R. GENDLER, Z. LEVAY AND THE HUBBLE HERITAGE TEAM)


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