互动科普

从头细说“宇宙在膨胀”

首先要明白的是宇宙的膨胀是怎么回事。

美国天文学家埃德温·哈勃（Edwin Hubble，1889〜1953）在1929年的论文中指出，遥远的星系以非常高的速度远离我们退行，而且退行速度与地球到星系的距离大致成正比。

这种正比关系可以打个比方来说明。如果在距离100米远的地方，汽车以每小时40公里的速度远离我们驶去；那么在两倍远（距离200米）的地方，汽车以每小时80公里的速度远离我们；类似地，在3倍远（距离300米）的地方，汽车远离的速度也是3倍，即每小时120公里。

一个合理的解释是：并不是星系在运动，而是宇宙在膨胀

这个大发现彻底颠覆了人类对宇宙的观念。之所以这么说，是因为哈勃的观测可以有两种解释。

第一种解释，就是宇宙中的这些星系，真的是以我们所在的银河系为中心，在向四面八方退行着。这种解释看起来符合常识，但存在着重大的缺陷，因为它必然导致“我们的银河系正处在宇宙的中心点（或者是宇宙中某个特别位置）”这样一个结论。

天文学的研究早已证明，地球不是太阳系的中心，太阳也不是银河系的中心。我们人类所在的位置是宇宙中心的观点，一次又一次地被天文学的新发现所颠覆。在这个广阔无边的宇宙里，和我们相似的星系多得不可尽数，很难想象只有我们的银河是特别的。

第二种解释就是认为“宇宙是膨胀的”。这样的话，无论从宇宙的哪一点去看周围的星系，都会发现这些星系在远离自己。而且，这种观点能合理地说明为什么星系的退行速度和距离是成比例的。也就是说，从星系退行的观测事实中，我们发现宇宙实际上是在膨胀的。

假定宇宙是膨胀的，那么无论从哪个星系来看，“远处的星系都处于退行当中”

图中把星系排列在一条直线上，上部和下部都是比中间膨胀了2倍后的宇宙（星系的大小不变）。上部和下部的星系由于都是从中部的宇宙膨胀中来的，所以相对位置是一样的。在上部，星系B是固定的，也就是从星系B去观测其他的星系。类似地，在下部中星系C是固定的。 虽然两者观测到的现象（橙色箭头）是不一样的，但是都可以得到“远处的星系都处于退行当中”这一结论。也就是说，如果认为宇宙是膨胀的，就并不存在特殊的星系了。

（本文发表于《科学世界》2013年第1期）