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早在300多年前 , 牛顿提出了万有引力定律 , 以定量的形式解释了宇宙中任何有质量的物质之间 , 都存在着引力的作用 , 这种“万有”的性质逐渐成为人们认知宇宙的发展和演化 , 以及揭示星体运行规律的“万能钥匙” 。 按照万有引力定律 , 宇宙中两个物体间的万有引力数值 , 与它们的质量乘积成正比 , 与它们间距离的平方成反比 , 从这个表达可以看出 , 引力属于一种长程力 , 理论上距离得再远的两个星体 , 其本身都会存在引力的作用 , 使之具有相互靠近的趋势 , 只不过受到其它星体引力的干扰 , 星体最终的运行状态取决于所受到的合力 。
牛顿在提出万有引力定律时 , 也对一个问题困扰不已 , 那就是万有引力的存在 , 使得宇宙间的物体都会有相互靠近的趋势 , 最终的结果会导致所有的物质都会在引力作用下聚集到一块 。 然而事实的结果并非如此 , 138亿年这么漫长的时间也没有看到这种情况 。 于是牛顿就提出了静止宇宙的观点 , 即认为宇宙是一个相对静止、相对均匀且又无边无界的状态 , 在这种无限宇宙中存在着无限多个中心点 , 维持着区域的引力平衡 , 这样才确保了宇宙没有发生坍缩 。
就连爱因斯坦在早期也认可这种静止宇宙的观点 , 甚至在提出广义相对论以后 , 为了确保静态宇宙的正确性 , 在其推导出的引力场方程中还刻意加入了宇宙常数 , 用以抵消引力对物质相互吸引靠近的影响 。 不可否认的是 , 静态宇宙观点的提出是具有一定历史阶段性的 , 在300年前一直到100年前的这段时间 , 推动了人类对宇宙空间及其发展规律的认知 , 也在一定程度上奠定了现代物理科学特别是天文学的发展基础 。
不过 , 在哈勃发现天体红移现象之后 , 逐渐打破了人们对于静态宇宙的看法 , 而且通过更加精密的监测 , 无不证实了哈勃定律的正确性 , 即遥远星系相对于地球的退行速度 , 与它们和地球之间的距离成正比 。 前几年欧洲航天局利用普朗克卫星 , 进一步修正了上述的这个退行速度与距离间的比率(哈勃常数) , 更加精确地测量出哈勃常数的值约为68公里每秒每百万秒差距 , 意思就是在距离地球326万光年的区域 , 其空间相对于地球的退行速度约为68公里每秒 。
1998年 , 有几位科学家在对Ia型超新星进行观测时 , 又进一步证实了现在的宇宙正在加速膨胀的事实 , 3位科学家的这一发现还获得了2011年的诺贝尔物理学奖 。 后来 , 有很多研究机构在重复进行该项观测时 , 均证实了上述观测结果的正确性 , 而且科学家们结合观测结果 , 并且利用相关的研究模型 , 推测出了宇宙的加速膨胀时期起源于距今的40亿年之前 。
在宇宙加速膨胀之前 , 引力的作用效果占据主导位置 , 特别是随着宇宙大爆炸产生的38万年之后 , 随着四种基本作用力最后一种力-电磁力从“浓密”的等离子体中逃逸出来 , 宇宙中开始形成自由原子 , 然后在引力的作用下缓慢聚集成各种星体 , 宇宙中的恒星、恒星系和星系逐渐登上历史舞台 。 此后 , 宇宙空间在以引力为主导的环境中进入减速膨胀时期 , 直至40亿年前暗能量逐渐取代引力 , 成为推动宇宙空间发展的决定性力量 。
“暗能量”一词是科学家们为了解释宇宙加速膨胀所假想出来的一种驱动力量 , 它与万有引力的作用效果相反 , 为星体之间提供了一种“排斥”的作用力 。 根据科学家们的观测研究 , 现有宇宙中常规物质仅占据了宇宙总质量的5%左右 , 而暗能量的占比高达70%左右 , 正是庞大的暗物质推动了宇宙目前处于绝对的加速膨胀时期 。
为了推测宇宙今后的发展走向 , 科学家们利用宇宙平均能量密度为衡量标准 , 将其与宇宙临界能量密度进行对比 , 这个密度参数值如果小于等于1 , 则宇宙空间会持续膨胀下去 , 直至所有的原子都被撕裂;如果密度参数值大于1 , 则表明宇宙空间是收缩的 , 将具有一定的正曲率 , 形象地说宇宙将处于有限但无界的状态 。
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