連載科普-膨脹與引力

要想了解膨脹占贫,首先還需要先了解光。

如果你高中學(xué)過(guò)化學(xué)的話先口,那么你一定知道電子和電子軌道型奥,不同于我們的行星被限定在固定的軌道上運(yùn)動(dòng),電子可以從一個(gè)軌道轉(zhuǎn)換到另一個(gè)軌道碉京,而達(dá)成這的條件:吸收或者釋放能量厢汹。

那么,能量從哪里來(lái)呢谐宙?

光坑匠。電子通過(guò)吸收釋放光來(lái)實(shí)現(xiàn)軌道的躍遷。


電子躍遷

電子在特定的光射線下卧惜,才能吸收釋放能量,實(shí)現(xiàn)從一個(gè)軌道到另一個(gè)軌道夹纫,如果能量不夠咽瓷,它將待在原來(lái)的軌道,如果能量過(guò)高舰讹,它甚至能逃逸原子茅姜。

愛(ài)因斯坦因?yàn)閷?duì)這的研究獲得了他人生唯一的一次諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

這就是著名的光電效應(yīng):金屬只有在“恰當(dāng)?shù)摹惫庹丈湎虏拍芊懦鲭娮印?/p>

幾十年來(lái),科學(xué)家們已經(jīng)知道從一個(gè)軌道跳躍到另外一個(gè)軌道所需要的能量钻洒,以及需要的光源奋姿,根據(jù)這些,我們推斷出恒星行星的大氣成分素标。

那么称诗,由此,原子吸收了哪些光头遭,只需要看看光缺少了哪些波長(zhǎng)就可以了寓免。科學(xué)家們制造了光譜计维,通過(guò)它就能知道你和光源之間有哪些原子了袜香。

意外的是,在遙遠(yuǎn)宇宙?zhèn)鱽?lái)的光線中鲫惶,所有的顏色都出現(xiàn)了“紅移”蜈首。形象的解釋?zhuān)合胂笠桓遥焕o時(shí)音調(diào)變高欠母。而在宇宙被拉緊時(shí)欢策,光線的波長(zhǎng)也增加了,這也許能讓你理解為什么光線紅移(紅光在可見(jiàn)光中波長(zhǎng)較長(zhǎng))艺蝴。


光線紅移與藍(lán)移現(xiàn)象

從越遠(yuǎn)的傳來(lái)的光猬腰,紅移也就越厲害。藍(lán)邊綠猜敢,綠變黃姑荷,黃變紅,甚至變成微波……

通過(guò)從遠(yuǎn)處傳來(lái)的光在地球上看到的顏色與原本顏色的差別缩擂,我們就可以推斷出遠(yuǎn)處光源與地球的距離鼠冕。

而回頭來(lái),為什么會(huì)產(chǎn)生“紅移”現(xiàn)象呢胯盯?這說(shuō)明了一個(gè)連愛(ài)因斯坦都不喜歡的結(jié)論:遠(yuǎn)處星系與我們的距離正在變大懈费,一直如此。

科學(xué)家們?yōu)檫@個(gè)現(xiàn)象取名“宇宙膨脹”博脑。而每個(gè)人都作為宇宙中心所看到的宇宙都正在憎乙,或許是永遠(yuǎn)都在膨脹。

如同我們前面所說(shuō)的叉趣。任何地方都是可見(jiàn)宇宙的中心泞边。

這就不得不讓科學(xué)家提出另一條宇宙原則:要猜想離地球很遠(yuǎn)的事情,人類(lèi)必須假定沒(méi)有一個(gè)特別的位置疗杉,也就是觀察者在宇宙各處觀察阵谚,任何方向看上去都是一樣的——宇宙第二原則。遠(yuǎn)處的星系總是遠(yuǎn)離他的觀察點(diǎn)——宇宙第三原則。

這聽(tīng)起來(lái)好像有點(diǎn)難以置信梢什,但在宇宙這個(gè)大尺度的方向上奠蹬,它是正確的。

發(fā)現(xiàn)宇宙膨脹的是美國(guó)天文學(xué)家埃德溫·哈勃嗡午,他在1929年發(fā)現(xiàn)囤躁,這個(gè)定律也被稱(chēng)為“哈勃定律”,因此翼馆,他成為現(xiàn)代觀察宇宙學(xué)之父割以。

然而,愛(ài)因斯坦并喜歡這個(gè)定律应媚,因?yàn)檠狭ぃ砻饔钪鏄?gòu)造在膨脹,也就是過(guò)去宇宙比現(xiàn)在小中姜。這怎么可能消玄?這在第二道墻時(shí)會(huì)得到證明,不過(guò)丢胚,在此之前翩瓜,我們需要了解愛(ài)因斯坦引以為豪的引力。

引力無(wú)處不在携龟,砸中牛頓的蘋(píng)果也是引力在作怪兔跌。

就如月球在時(shí)空的彎曲,讓地球表面的水向月球滑去峡蟋,這正是潮汐的原因坟桅。

所有的一切,都受到引力的影響蕊蝗。

但是仅乓,為什么空氣會(huì)網(wǎng)上飄呢?準(zhǔn)確的說(shuō)蓬戚,比空氣密度小的為什么不受引力影響而往下呢夸楣?當(dāng)然,這是一個(gè)很容易的回答的問(wèn)題子漩,因?yàn)樗麄儽瓤諝廨p豫喧,空氣在他們下面。因此他們不得不騰出空間讓空間容納比自己重的物體幢泼。

前面在廣義相對(duì)論中紧显,我們已經(jīng)知道引力是時(shí)空彎曲的結(jié)果,它會(huì)創(chuàng)造出斜坡旭绒,讓你有向下滑落的趨勢(shì),而實(shí)際上,這種沿著時(shí)空構(gòu)造的斜坡往下掉的運(yùn)動(dòng)是宇宙所有運(yùn)動(dòng)中最自然的挥吵。


引力降維

當(dāng)然重父,就如碗中快速旋轉(zhuǎn)的球一樣,如果你要掙脫碗這個(gè)斜坡忽匈,就必須速度足夠大才能旋轉(zhuǎn)出來(lái)房午。地球上,也一樣丹允,如果你要掙脫地球這個(gè)巨大的引力造成的時(shí)空彎曲的斜坡郭厌,你就必須讓速度高于第一宇宙速度,也成為逃逸地球的速度雕蔽,相應(yīng)的還有逃逸太陽(yáng)系的速度等等……折柠,可以提一下,40320公里每小時(shí)成為地球逃逸速度批狐,也就是宇宙飛船最初需要的速度扇售。

任何東西在任何方向上產(chǎn)生不可見(jiàn)的斜坡,我們稱(chēng)之為引力嚣艇。因?yàn)橛钪鏄?gòu)造本身就含有斜坡承冰,那么宇宙構(gòu)造到底是什么東西呢?

愛(ài)因斯坦在1905年給出了E=mc2的公式食零,但他又在1915年表示宇宙在任何地方的形狀由該處的質(zhì)量和能量決定困乒。這也意味著,他拋棄了引力是一種作用力的概念贰谣,而是當(dāng)做幾何娜搂。

一直以來(lái)讓外太空運(yùn)動(dòng)著的東西,是我們成為“宇宙構(gòu)造”的東西冈爹。

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