本篇文章,根据“大爆炸”理论的科普,做一个知识结构的梳理。科学理论是环环相扣的,如果没有前面的理论奠基,必然无法做出后面的判断。牛顿说:“如果说我比别人看得更远些,那是因为我站在了巨人的肩上”。让我们一起来看看奠基宇宙“大爆炸”理论的这几位巨人吧:

1666年,牛顿发现了光的色散

牛顿发现光通过玻璃窗台照进来,会分散出不同的颜色。进一步研究后,用三棱镜可以把太阳光“分光”为七种颜色。由此解释了困惑好久的“彩虹”,还形成了关于光谱的学说,之所以通过折射可以把光分开,是因为不同颜色的光,这是率是不同的。红色波长最长,折射率最小;紫色波长最短,折射率最大。

大爆炸理论有几个小问题(是如何被提出来到)(1)

1845年,多普勒发现了波的频移

1842年的时候,多普勒发现,疾驰而去的火车鸣笛在音调变化上是有规律的。于是他同实验和计算,找到了这个规律,声音的波长越短,每秒达到耳朵的波动就会越大,音调就会越高。反之结论相反。

大爆炸理论有几个小问题(是如何被提出来到)(2)

当时人们认为,光也是一种波,那么也应该会遵循这个规律。不同的是光波的变化,是以颜色变化为呈现,声波变化是以音调变化为呈现。通过观测这种变化趋势,可以得出火车是开来?还是驶往?这个方法同样适用于遥远的恒星。

大爆炸理论有几个小问题(是如何被提出来到)(3)

1860年,古斯塔夫发现热辐射

古斯塔夫发现,同样的火,颜色是不一样的。由此建立起来,“温度”和“光谱”之间的联系,任何物体在被加热到一定程度,都会发光,只是有些光不可见。通过炽热原子热运动引发的光,被称为黑体辐射。古斯塔夫用这套理论来计算恒星的问题。后来形成一门叫做“光谱分析”的科学。通过光谱,不仅可以算出温度,还可以根据不同化学元素对不同辐射的吸收,来分析恒星的元素组成。

大爆炸理论有几个小问题(是如何被提出来到)(4)

1929年,哈勃团队提出哈勃效应

1919年,哈勃跟他的同事,发现了红移现象。根据开普勒效应,火车开来,波长被压缩变短,频率变大,到了光谱中叫做“蓝移”。火车驰往,波长被拉长,频率降低,到了光谱中叫做“红移”。按照牛顿那个光谱,为什么红移对应的不是紫移?而是蓝移?我还没搞清楚,晚些时候在研究。

大爆炸理论有几个小问题(是如何被提出来到)(5)

1929年,经过十年多的大量计算,哈勃正式提出哈勃效应。即:外星系视向退行速度v和距离d成正比,v=Hd。H就是哈勃常数。因为哈勃只是计算了距离遥远的18个星系,科学界怀疑这个常数是否具有普遍性,在休默生的帮助下哈勃又进行了大量的计算。到了1936年论证了两件事,一、河外恒星都在远离我们而去,二、距离越远的恒星,其退行速度越快。

大爆炸理论有几个小问题(是如何被提出来到)(6)

从光的色散、波的频移、热辐射,到哈勃发现星系红移。关于“宇宙膨胀”的学说,大致已经架构起来了。科学家们根据这些发现,进行逆向思考,如果宇宙在加速膨胀,是否在若干年前有个“开端”呢?于是产生了“原始原子辐射式爆炸”和“热大爆炸”的假说。随后由于“宇宙微波背景辐射”的发现来论证了“大爆炸”理论。

其实在这些发现之前,有可能从数学角度来推算出“大爆炸”,但是静态宇宙的观念根深蒂固。牛顿万有引力揭示的是一个平衡的宇宙,如这种平衡被打破,要么是坍塌,要么是膨胀,终归不会是静态的。爱因斯坦在阐述广义相对论的时候,已经发现这个问题了,但是他宁愿创造了一个“反引力”来修改自己的公式,也不愿意相信宇宙不是静态的。

中国古代关于“宇宙模型”的假说

天文学概述:从“地心说”到“日心说”

天文学概述:从“日心说”到“大爆炸”

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