【极大篇 | 第一章：宇宙的前世今生】02 哈勃定律：宇宙在膨胀

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1.6 哈勃定律

1929年，美国天文学家哈勃提出了他一生中最重要的一条关于宇宙的定律——哈勃定律。哈勃定律指出，宇宙正在加速膨胀。

膨胀比较好理解，就是宇宙在越变越大。宇宙中的任意两个点，都在相互远离。而加速的意思是说，如果宇宙中两个点的距离越远，那么它们相互远离的速度就越快。

可以用吹气球来形容这个过程。我们的宇宙就好像一个正在被吹大的气球表面，宇宙中的天体、星系就好像气球上的不同点。在气球被吹大的过程中，气球上任意两个点的距离是越来越远的。

哈勃是怎么发现宇宙正在膨胀的呢？这源于他用天文望远镜对宇宙中20多个星系进行的观测。

哈勃发现，所有的星系都在远离我们而去，且离我们越远的星系，远离的速度越快，于是就得出了宇宙在膨胀的结论。哈勃还总结出了一个经验公式，就是著名的哈勃定律：v=HD。

v是星系远离的速度，D是星系之间的距离，H是哈勃常数，差不多是每秒70公里每百万秒差距（70km/s/Mpc）。

秒差距是一个距离单位，约等于3.26光年。也就是一个与我们相距大约是3.26光年的星系，远离我们的速度大概是每秒7厘米。

那么问题来了，宇宙为什么在膨胀，而且还是加速膨胀呢？

用我们吹气球的例子来类比。气球会膨胀是因为有人在吹它，也就是需要给气球一个推动力。现在科学家们普遍认为这个推动力是由宇宙大爆炸产生的。

大爆炸理论可以解释为什么宇宙在膨胀。但是不太能解释为什么会加速膨胀。我们吹气球的时候，会觉得气球越吹到后面越费劲。而宇宙这个大气球，越吹到后面还越有劲儿，好像连着一个鼓风机一样。

那么使宇宙加速膨胀的能量是哪里来的呢？

1.7 宇宙膨胀的能源：暗能量

目前的物理学理论还没有办法解释宇宙加速膨胀的问题。于是，科学家们提出了一个概念，叫做暗能量。

什么是暗能量呢？就是支撑宇宙加速膨胀的能量。之所以叫暗能量，就是因为它看不见、摸不着，连仪器也没有办法探测到，我们现代的理论和实验对它一无所知。

暗能量只是科学家为了解释宇宙膨胀现象强行发明出来的概念。如果暗能量真的存在的话，根据计算，它占全宇宙总能量的70%以上。我们就好像一条一生都生活在水里的鱼一样，置身于暗能量中间。

暗能量的概念可以解释很多科学问题，但是除了宇宙膨胀现象之外，我们根本看不出其它效果。

1.8 回到基本问题

再回到宇宙是有限大还是无限大的问题。

目前的答案是：宇宙是有限大的，并且在不断的膨胀。

既然宇宙有限大，就会碰到牛顿最早提出的问题：宇宙中的天体为什么没有在万有引力的作用下缩成一团呢？

有了哈勃定律，这个问题就简单了。因为尽管万有引力有令万物聚合的趋势，但是宇宙的膨胀超越了万有引力的效果，甚至使天体间的距离越来越远。

再来看看宇宙是不是存在了无限久这个问题。

奥伯斯关于宇宙存在了有限久的结论，是从牛顿宇宙无限大的观点推导出来的。现在牛顿的观点错了，这个问题就需要重新考虑。

在现代物理学中，我们对于宇宙的年龄有一个确定的答案：宇宙大约是在140亿年前左右诞生的。

这个结论是从哪里来的呢？答案是通过哈勃望远镜观测得来的。

哈勃望远镜是通过火箭送上太空，并在地球轨道中运行的一台反射式天文望远镜，跟天文学家哈勃并无直接关系。

因为太空里没有大气层的干扰，哈勃望远镜可以收集到更多宇宙中的光线和信息。

科学家得出宇宙的年龄大约是140亿岁的依据是，哈勃望远镜能看到的最远的地方，差不多就是140亿光年远，再远就看不到了。

这个解释其实跟奥伯斯的论证有异曲同工的地方。光线用来走到地球的时间，最多就是140亿年左右。

比140亿光年还要远的星球的光线，还没有足够的时间可以传到地球上。所以光线可以用的时间，就是宇宙存在的时间。

至此，我们开篇提出的两个终极问题，都得到了回答：宇宙是有限大的，并且还在加速的变大；宇宙存在了有限久，年龄是140亿年左右。

宇宙既然是有限大，那它的大小是多少呢？

答案是900多亿光年，这是通过哈勃定律计算得出的结果。虽然我们只能看到140亿光年远，但这并不代表宇宙的半径就是是140亿光年。

因为我们看到宇宙最远处发出的光，经过了140亿年的时间才到地球上。但是在这段时间里，当初发光的点还在不断远离我们，所以宇宙的半径肯定不止140亿光年。

如果把宇宙看成一个球体的话，根据科学家们的计算，宇宙的直径大约是900多亿光年。

有了这两个答案，我们还要继续追问，宇宙是怎么来的？它刚刚诞生的时候是什么样子？这个问题直接导向了宇宙大爆炸理论。