关于宇宙模型的历史(大爆炸模型与其竞争对手)(2)
2023-04-25 来源:飞速影视
1948年,来自英国剑桥大学的托马斯·戈尔德(Thomas Gold)和赫尔曼·邦迪(Hermann Bondi)以及独立的弗雷德·霍伊尔(Fred Hoyle)发表了论文,描述了没有任何创造事件的新宇宙学理论。尽管两篇论文中的一些细节大相径庭,但它们通常被视为阐述了稳态学派。
物理学家提出了爱因斯坦宇宙学原理的扩展,称为完美宇宙学原理,其中宇宙不仅在太空中的任何地方都是一样的,而且在时间上也是永远的。哈勃的测量并没有造成年龄问题,因为宇宙是无限古老的。为了使他们的模型可行,他们必须以某种方式适应观察到的星系衰退。
随着宇宙的膨胀,它变薄了——占据给定体积的物质越来越少。这种变薄意味着宇宙越老,密度就越低,这是任何进化宇宙学的标志。然而,在稳态模型中,宇宙不能变薄,因为这代表变化。为了解决这个问题,邦迪、戈尔德和霍伊尔提出,随着宇宙的膨胀和变薄,更多的物质被创造出来填补空白,使物质密度保持不变。这就是为什么这个模型被称为稳态:新创造的物质保持平衡完好无损。
打个比方可能会有所帮助。想象一下,你在浴缸里装满了水。现在拔掉插头,让水顺着下水道流。您可以通过跟随浴缸上的水线来测量水流下水道的速度。如果您打开水龙头,使排出的确切水量也倒回浴缸中,您将达到稳定状态。只要您的供水持续,浴缸中的水位就会保持不变。
您可能想知道额外的物质来自哪里。这种模式会不会违反能量守恒的神圣法则?英国三人组很清楚这个问题。他们敏锐地回答说,我们只能通过测量来推断能量是守恒的。由于每次测量的精度都有限,我们如何知道能量是否真正、精确地守恒?事实上,我们不能。我们只能说,为了达到仪器可用的最佳精度,给定物理系统中的总能量是守恒的。
当你把数字输入到必须自发产生多少物质才能保持宇宙处于稳定状态时,你会得出每百万年每立方米大约三个氢原子的荒谬小速率。没有人能够在这个水平上衡量违反节能的行为。此外,三人会问,物质的连续创造在概念上是否比宇宙的突然创造更糟糕?
大约在英国提出稳态模型的同时,才华横溢的俄裔美国物理学家乔治·伽莫夫(George Gamow)正在考虑如果婴儿期的宇宙真的被压缩成一个小体积会发生什么。他正确地推断,当你挤压物质时,温度和压力会增加,而将物质保持在一起的纽带最终会断裂。在这种情况下,在早期,填满空间的东西就像原始的粒子汤。很快,伽莫夫将招募两名研究生来详细计算这对早期宇宙的历史意味着什么。结果成为我们现在所说的宇宙学大爆炸模型,勒梅特的直接继承人。
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