哈勃定律的物理意义
利用哈勃定律v=H0 r，只要能确知哈勃常数H0，便可由天体的视向速度v得出其距离r，称为宇宙学距离，这里唯一需要取得的观测资料是远方天体的视向速度。这样r=v/H0 也许便是确定天体宇宙学距离的最为简单的一种标距关系，但前提是哈勃常数必需已知。
p作为天文学分支学科之一的宇宙学，主要是从大尺度（甚至整体）上研究宇宙的结构和演化，又可分为观测宇宙学和理论宇宙学模型两方面的内容，不过两者之间有着密切的联系。“大尺度”结构，通常是指范围在10Mpc（3000万光年）以上的宇宙物质分布情况，而目前所能观测到的宇宙尺度为1010光年量级。在宇宙学中，有一条未能完全证实的“公设”性基本原理，即宇宙学原理。它的含意是：在空间中任意一点，以及从任意一点位置上的任一方向来进行观察的话，宇宙的大尺度图景是没有区别的；而且对宇宙中各处的观测者来说，他们所观察到的物理量和物理规律完全相同，没有任何一个观测者会处于与众不同的特殊地位。根据宇宙学原理，地球上所观察到的宇宙大尺度图景也能被处于任何其他天体上的观测者看到，这就意味着由地球观测者所发现的哈勃定律应该同样适用于宇宙中的任何天体。于是可以得知，在任何一个星系上，都能观测到其他星系在作远离该星系的退行运动，而且距离越远的星系退行速度越大。由此可以得出一个重要的推论：对宇宙中的任何两个星系来说，它们都在彼此互相远离，而且星系间的距离越远，相互远离的速度也越大。因此对由哈勃定律所推断的上述大尺度宇宙图景的最简单的物理解释便是整个宇宙在不断膨胀，且这种膨胀是均匀各向同性的，这正是大爆炸宇宙模型的预期结果。
哈勃常数的倒数t0=r/v=H0-1具有时间的量纲，称为哈勃时间。既然哈勃定律是由大爆炸引起的宇宙膨胀的一种观测效应，那么在过去遥远的某个时间，具体说来就是在t0时间前，宇宙中所有的物质必然聚集于一点，或者说一个极小的空间范围内。可见，一旦确定了哈勃常数的具体数值，便可以估计宇宙的年龄。由近期测定的哈勃常数H0=73km/（s·Mpc），可以推算出宇宙年龄的上限为137亿年（不过有报道称，2006年8月一项新的研究结果是宇宙的年龄应为158亿年，可是对此仍然存在争议）。哈勃定律表征了宇宙膨胀，但哈勃常数并不是宇宙膨胀的速度，而是星系间退行速度的变化率。哈勃常数的单位是每百万秒差距、每秒公里，如采用H0=73km/（s·Mpc），那么星系间的距离每增大1Mpc，星系的相互退行速度便增大73公里/秒。
在哈勃定律发现之前，苏联数学家弗里德曼（A.A.Friedmann）于1922年首次论证了宇宙随时间不断膨胀的可能性，从而对爱因斯坦的静态宇宙观念提出了挑战。比利时主教、天文学家勒梅特（G.Lemaltre）在弗里德曼工作的基础上，经过5年的潜心研究，于1927年提出均匀各向同性的膨胀宇宙模型。在这一模型中，遥远天体的红移（即退行运动）起因于空间膨胀，勒梅特还预言红移的大小应该与天体的距离成正比。但是，1920年代的通讯技术和学术交流远不如现在发达，大洋彼岸的哈勃对弗里德曼和勒梅特的理论一无所知。可见，哈勃定律的发现过程并不是刻意为了证实膨胀宇宙模型，它完全是哈勃本人在观测和细心分析的基础上所获得的原创性成果。星系存在普遍性退行运动以及哈勃定律的发现，对宇宙膨胀及大爆炸宇宙论是一个强有力的支持。
宇宙中的各类天体必定形成于宇宙诞生之后，自然它们的年龄都不可能超过由哈勃定律推算出的宇宙年龄137亿年。根据恒星演化理论，可以推知最年老星系和恒星的年龄为100多亿年；太阳现在的年龄约为50亿年，地球年龄约为46亿年，所有这些由不同途径测得的涉及各类天体年龄的结果，都可以按合理的时序一一纳入大爆炸后宇宙整体演化的框架内。尽管哈勃第一篇涉及星系速度－距离关系的论文只有短短的6页，却是人类对宇宙认识的一次飞跃。著名的美国宇宙学家惠特罗（G.J.Whitrow）把哈勃定律和400年前哥白尼提出的日心说相提并论，在天文学史上两者都具有革命性的意义。尽管哈勃在他的这篇开创性论文中没有提到宇宙膨胀的概念，但由于他的重要发现，长久以来关于静止宇宙的图像终究被动态的膨胀宇宙模型取代了。
创视智能
2023-06-12 广告
