膨胀中的宇宙

现代人生活在嘈杂的社会，难得有安静的时刻。设想你在一个晴朗的夏天去了空旷的山谷田野，如果有机会能在宁静的夏夜看看繁星满天的夜空，你一定会感慨宇宙是如此之浩瀚博大,如此的深不可测。

图 1 繁星似锦的夏夜

在感慨之余，你是否会想到你所看到的一切都是在运动中。我说的运动不是指因为地球自转而带来的月转星移的视觉运动。而是实实在在的运动，确切地说，我们居住的宇宙正在膨胀中，快速膨胀中。

科学家们怎么知道宇宙正在膨胀中呢？我们先从一个叫“红移”的现象谈起。什么是红移呢？我们大家都知道多普勒效应。在声学里，多普勒效应是指当声源在向观察者运动时， 声音频率会升高；而当声源远离观测者时，声音频率会降低。 你可能注意到在火车驶向你的时候，火车的鸣笛声变的尖锐；而火车远离你的时候，火车的鸣笛声变的低沉。尖锐就是意味着频率变高了，而低沉就意味着频率变低了。这就是多普勒效应。t

图 2 火车在接近时鸣笛变尖锐而远离时变的低沉

光波是电磁波，也遵循多普勒效应，当发光体向我们运动时，光的频率会变高；当发光体远离我们的时候，光的频率就会变低。在可见光谱里，红色是频率最低的可见光，科学家们把频率变低的现象叫做“红移”。

图 3 可见光谱，天文学里频率变低称为红移

在天文学家测量遥远的星系时发现，这些星系发出的光都有红移现象。具体的测量方法是用观测到的天体的原子光谱和在静止环境的光谱做比较。从图4里的光谱可以看到，对应的光谱线都向红的方向移动。这意味着什么呢？这意味着这些天体都在远离我们而去。

图4 天体的原子光谱线和在静止环境的光谱比较，频率都整体变低了

不仅如此，科学家们还发现红移的大小（红移量）是和星系离我们的距离是有关的。 图5给出了那些遥远的天体的远离速度和它们离我们的距离的关系。 我们可以看到：离我们越远的天体，远离我们的速度就越大。这个规律被科学家们整理成了哈勃定律：

V=HD

公式中V是天体的膨胀速度，H是哈勃常数，D是天体离我们的距离。哈勃定律告诉我们，天体的膨胀速度是和天体离我们的距离成正比的。

图5 遥远天体的退行速度和离我们的距离成正比例

文章写到了这里，我们就会得到这样的景象：宇宙在膨胀中，我们周围的星系都在远离我们而去，而且离我们越远的，远离的速度就越大。宇宙在膨胀的观测也给宇宙大爆炸学说提供了佐证。宇宙大爆炸理论认为138亿年前的一场大爆炸形成了我们的宇宙，现在宇宙仍在那次爆炸引起的膨胀中。当然，大爆炸理论还有很多其他坚实的佐证，容我在另一篇文章谈这些问题。

聪明的读者们可能就会有这样的疑问： 既然宇宙在膨胀，天体都在离我们而去，我们是不是宇宙膨胀的中心呢？答案是否定的， 也可以说是肯定的。 我们是中心，但我们不是唯一的中心。宇宙间任何一点都是膨胀的中心。怎么理解宇宙的每一点都是膨胀中心呢？科学家们常常会用吹起的气球做例子，来帮助人们理解宇宙每一点都是膨胀的中心。

图6 宇宙的膨胀可以通过一个吹起的气球来理解

在图6里，大家可以看到，在一个正在膨胀的气球上，每一点都是膨胀中心。对于气球上的每一点来说其他点都远离该点而去，而且距离越远的点，远离的速度越快！

希望读者了解到宇宙在膨胀后，当下次再有机会看到美妙的璀璨的夜空，会更加体会到宇宙的神奇。也许会更加激起你的好奇心：宇宙大爆炸是如何形成的？宇宙会永远膨胀下去吗， 且待我在下几篇文章慢慢道来。谢谢。