即消化炉现在用一切观察手段所观
就必须有很高的蒸汽 压.这样,在一般的蒸汽压条件下,水滴便不会增大,而会逐渐地蒸发掉.天 空中飘着的云就是由许许多多这样的微型水滴构成的.在雨即将到来的前夕, 外界的蒸汽压力增高,这些微型水滴通过互相碰撞逐渐结合成越来越大的水 滴.最后,当空气的浮力和运动的阻力再也承受不了它们的重量时,它们就掉 下来,成为了雨滴. 由此也可以看出,如果在过饱和蒸汽中掺入一些杂质颗粒,如尘埃等,将 有助于水滴的形成.如果天上已经有了很厚的云,这时用飞机在云层中散布一 些杂质微粒就会加快雨滴也有 的比银河系小,它们之间离得很远.宇宙就是由这些星系构成的消化炉正在膨胀的宇宙 02. 天文学中所说的 “宇宙”是指 “观察宇宙”, 察到的宇宙,不包括人们假想其存在但没有任何观察和实验提供其存在证据信 息的宇宙.现在对宇宙的了解是: 1.宇宙由许多星系组成,各星系由大量星体组成.星体主要是指恒星, 恒星都有一个形成、产生、发展演化、衰亡的过程.组成星系的恒星包括年轻 的恒星、演化中期的恒星、演化晚期的恒星.这些星系有的大有的小,银河系 是其中的一个中等的星系,银河系中有大约一千亿个恒星星体.
2.从大范围来看,宇宙中星系分布的密度是均匀的.这个 “大范围”是 指远大于相邻星系的平均距离的尺度,单位体积中含有的星系数是这附近星系 分布的数密度.从人类现在已经观察到的宇宙来看,宇宙里各处星系分布的数 密度大体是相同的,并没有观察到有明显的密集和稀疏的变化. 3.各星系间在不断互相远离,后退速度随距离的增加而增加.1929年, 哈勃(EdwinPowel llHubble)观测到远方星系发出的光谱线波长变长,即 “红 移”.各种原子发光时,发出的光的频率是某些确定的值,也就是说发出的光 的波长是某些确定的值.这些光谱是这种原子的特征光谱线,根据这些特征光 谱线可以判断辨认这些光是什么原子发出来的.观察远方星系发射的光的光 谱,发现各种原子所有的特征光谱线的波长都比地球上同样的原子发射的特征 光谱线的波长要长一些.在可见光中,波长最长的是红光,所以这种波长变长 的现象称为红移.如果某一条谱线的光在地面发射和观测时,观测到这个光波 的波长为 λ,而同样的这条谱线的光,当从远方星系发出来时,观测到的这 0 个光波的波长变为 λ,定义 z= λ-λ 0 λ 0 为该星系的红移量.一般z>0时称为 “红移”,z<0时称为 “紫移”.
为什么远方星系发出的光会有光谱线的红移?这是由于发光的光源和我们 有相对运动,发出的光被接收时会显现出频率、波长的变动,这是光波的多普 §10.2 正在膨胀的宇宙 2 03 勒效应.如果发光的光源离开我们的速度是v,由于多普勒效应,观测到的波 长变动为 λ= c+vλ0. c-v 这样表现出的红移量为 z= c+v-1. c-v 速度和红移量是一一对应的.当红移量很小时,近似有v=zc.当红移量较大 时,速度可以如下地由红移量定出 2 (z+1)-1v= (z+1)2+1c. 远方星系发出的光谱线有红移表明这些星系整体在离我们远去. 远方星系离地球有多么远?这是通过观测星系中所包含的造父变星来确定 的.变星是发出的光有周期性变化的恒星,有一类变星的发光变化规律非常确 定,称为造父变星.如果观察到一个变星,从它的行为确定它是一个造父变 星,就可以根据观察到的它的光变周期来确定它的绝对星等(即如果这个星体 距离地球10pc,从地球上观测到的这个星体的亮度),再根据实际观察到它的 亮度来对比推断它到地球的距离.远方星系中有大量的恒星,如果辨认出其中 有造父变星,就可以通过这个造父变星来推断这个星系到地球的距离. 哈勃通过对当时观察到的星系进一步的观测确立了哈勃关系:远方星系的 “红移”正比于距离.哈勃关系的确立是对宇宙结构认识的重要的一步.
20世纪30年代初就产生了建立在广义相对论基础上的关于宇宙的理论. 爱丁顿爵士是一个卓越的理论物理学家和天体物理学家,对广义相对论有深入 的理解,在对广义相对论的观测验证方面有重要贡献.宇宙中充满物质,按照 广义相对论,物质使其周围的空间发生弯曲.空间不再是平直的了.弯曲空间 可以是封闭的,可以是有限大小的.对比地球表面,如果人只认识二维世界, 生活在地球表面,认为生活的地面是平坦的,自然两点之间的最短距离是直线 段的长度.但实际上地面是一个大球面,两点之间的最短距离是大圆弧的一部 分.这是生活在二维世界的人是无法看到的.地球表面这个二维空间是有限、 无边的.因为整个地球表面的面积是有限的,在地球表面上找不到边界.如果 地球表面是一个大球胆,人就生活在这个大球胆表面的二维空间上.如果往这 个大球胆里不断充气,球胆不断地涨大,站在球胆上的人就会看到别人都在离 开自己而远去,距离越远,离开的速度越快.如果这情况发生于三维空间,就 可以作为宇宙的写照.爱丁顿提出:我们现在的宇宙是一