相对论下的宇宙观

巍涛

人类对宇宙的认识，是不断发展的。早期人类从太阳和月亮的东升西落，认为整个宇宙就是天圆地方。后来发展到：地球是圆的，天空环绕着大地，星辰在天空中绕地球运行的地心说。再到哥白尼的日心说。




再后来借助天文望远镜，我们知道了太阳也只是普普通通的一颗恒星。整个银河系也只是浩瀚银河系星云中的一粒尘埃。现在我们看到的无数光点，他们中的每一个点都是一个星系，每个星系里都有有上亿个如太阳般的恒星。


以牛顿为代表的科学家，构建的经典宇宙观认为：宇宙由天体和真空的空间构成。它像是一个巨大的空盒子，所有物体都在其中做匀速直线运动，除非有力迫使它改变运动状态。那么什么是宇宙中的空间呢？牛顿也没有给出答案。


直到爱因斯坦提出了一个惊人的观点：让天体旋转的力是万有引力，万有引力是由一种场来传播的——引力场。那么引力场是什么呢？引力场本身就是空间。


宇宙中真空的空间与引力场是同一个东西。空间也是一种物质，是一种可以波动弯曲变形的实体。我们不是在身处一个空的箱子或者框架里，而更像是陷在海洋或者透明的海绵中。质量越大的物体，会使得空间变形的越严重。
照此推论：太阳会使其周围的空间发生弯曲，所以地球并不是在某种神秘力量的牵引下绕着太阳旋转，而是在一个倾斜的空间中行径，就好像弹珠在漏斗中滚动一样。漏斗中心并不会产生什么神秘的力量，是弯曲的漏斗壁使弹珠滚动的。


正是这种解释帮助人们解决了，万有引力理论下，困惑人们许久的的水星进动问题。


同时爱因斯坦大胆预测：由于太阳周围空间发生弯曲，在空间中沿直线走的光也随空间的弯曲而发生了偏折，不再走直线。所以，太阳会使光线偏折。在1919年人们借助日蚀准确的测量了光线的偏折，从而证实了他的这一预测。


同时正因为空间被大质量压缩，所以时间也被压缩。在压缩空间中运动的物体，在外界看来好像被慢放了。爱因斯坦的这一预测后来也经测量得到了证实。如果一对双胞胎，一个住在海边，一个住在山上，只要经过一段时间，住在海边的那个就会发现，住在山上的兄弟要比自己老得快一些。


我们现在的卫星导航也正在应用着这个原理。导航卫星处在距离地面2万千米的弱引力场中，卫星每天相较地面会快45微秒。如果不对此进行修正，会大大限制导航的精度。


爱因斯坦还进一步说明：当一个大恒星燃烧完自己所有的燃料，它就会熄灭。进一步会因自身的重量而坍塌，导致空间强烈弯曲，最终它现成一个真真正正的洞，这就是著名的黑洞。 如今天文学家已经观测到宇宙中大量的黑洞，并对他们进行了详尽的研究。


爱因斯坦还指出，空间不可能一直保持静止，它一定是在不断的膨胀的。1930年，人们确确实实观测到了宇宙的膨胀。这个膨胀是由一个极小极热的年轻宇宙的爆炸引发的，这就是我们所说的宇宙大爆炸。


此外爱因斯坦还指出空间会像海平面一样起伏。目前人们已经在宇宙中的双星上观测到了引力波的这种效应，与爱因斯坦理论的预言惊人一致。


现在我们终于知道这个布满星系的浩瀚宇宙是大约150亿年前，有一个极热极密的小型宇宙演化而来的。宇宙诞生的时候就像一个小球，大爆炸后一直膨胀到它现在的规模。这片无边的宇宙并不像看上去那么简单，空间不是一马平川，而是弯曲的，在某个大天体附近还有着放慢速度和时间。宇宙布满了星系，宇宙空间的纹理会像海浪一样起伏，甚至还会产生黑洞。

提笔不为风雅

佩服佩服！