宇宙的中心 - 物理科普

宇宙的中心

添加时间:2008-04-18 原文发表时间:2008-04-18 人气:28

2006年诺贝尔物理学奖授予了天体物理学中的宇宙学分支。主要表彰约翰·马瑟

和乔治斯穆特在两个方面做出的工作：一是精确测量出宇宙微波背景辐射的波长分

布的黑体谱形；二是发现宇宙微波背景辐射在不同方向上有着极其微小的温度差

异，也就是所谓的各向异性。借助1989年发射的COBE卫星，马瑟和斯穆特领导

的研究团队首次完成了对宇宙微波背景辐射的太空观测。他们对COBE卫星测量结

果进行分析计算后发现，宇宙微波背景辐射与黑体辐射非常吻合，而且是一次完成

的各个波长上的测量，从而为大爆炸理论提供了进一步支持。

宇宙红移、微波背景辐射和氦丰度是“宇宙大爆炸”学说的三大支柱。

按照宇宙大爆炸理论，约１４０亿年前，宇宙从一个高温、高密的点（奇点）起

源。宇宙开始于高温、高密度的原始物质，最初的温度超过几十亿度，随着温度的继

续下降，宇宙开始膨胀。以质子、中子等基本粒子结合成氘、氚、氦等较轻的元素。

随后进一步冷却形成恒星。在恒星内部合成C、0、SI、TE更重的元素。再抛射到周

围形成行星。最后，在如地球这样条件适合的行星上演化出生命，成为目前的宇宙。

公元300年希腊埃拉托西尼，已经知道地球是球体，他听说，阿斯旺有一口深井，

夏至这天，太阳光可以直射入井底。于是，他夏至这天，在在埃及的北方亚历山大

找了个方尖塔，测量了倾斜入射的太阳光的角度，就是到亚历山大的地心角，量出

阿斯旺到亚历山大的距离即弧长，测出地球的周长3万9千多（现知道为4万千米）。

托勒密的地心说延续千年，符合宗教的神学观点，用本轮和均轮修正。哥白尼提出

日心说，宇宙应该是简单的和谐的，不必本轮和均轮这么复杂。提出，包括地球在

内的星体围绕太阳转动。公元1609年开普勒利用第谷的观测资料，得出开普勒三大

定律，提出行星轨道是椭圆的。伽利略发明放大率32倍的望远镜，发现木星有四颗

伽利略卫星，宣告地心说的终结。伽利略最早测试遥远恒星间的距离，选择参考恒

星提出三角测量。牛顿（ 1642 ）1665剑桥三一学院毕业此后18个月在家乡躲避瘟疫

研究数学，发明微积分，1667年回到剑桥，1668成为剑桥卢卡斯数学教授。对伽利

略望远镜进行改进，加了一片平面反光镜，使镜筒变短，并观察到更清晰的图象。后

来的巨大望远镜都在此基础上发展起来。开始研究是什么力使得星体维持这种运动？

牛顿提出为万有引力支配着宇宙，并可以用数学解释（《自然哲学与数学原理》）。

1772潘格雷利用金星凌日的方法测定日地距离1.5亿公里。1836，斯特鲁维，利用

伽利略三角测量，织女星和邻近一颗暗星的相对位置，织女星的视差为0.125角秒（一

角秒距离为日地距离的20万倍，称为一秒差距）离我们最近的恒星视差为0.76角秒，

距离地球大约4.3光年，恒星就这么算出来。现在我们知道，织女星距离我们26光年。

同年，威廉。褐歇耳，提出新的测试方法，从此，人类的视野从太阳系扩展到银河系。

1850年人类首次观察到河外的旋涡星系，直径2100万光年，银河系10万光年。恒星

会运动，分解为两个分运动——视向运动（天体和我们间的连线）和垂直方向上的运

动（相对于天体背景，如一百年走了多少角秒）。夫琅和费阳光透过的三棱镜，发现

不同谱线，找到可以了解宇宙的秘密的方法。多普勒效应，两者靠近，观察者收到的

频率会变大，两者远离，观察者收到的频率会变小。1842年多普勒讨论双星颜色，

靠近或原理观察到的双星的颜色和波长不同。提出红移概念，如果星体远离我们，

谱线会变长，向红端移动。兰移概念，如果星体靠近我们，谱线会变短，向紫端移

动。恒星，包括太阳都是由氢、氦构成。1920年哈勃，给予实验观测数据。