现代宇宙学的天文观测基础及其解释（一）

     作为一门科学, 宇宙学必须建立在天文观测基础之上。现代宇宙学有着如下一些主要的天文观测基础[1，2]：

1），河外星系普遍存在宇宙红移，且大致遵从哈勃定律。这可解释为宇宙空间的膨胀。

2）， 微波背景辐射的观测结果。主流宇宙学解释为宇宙大爆炸后光子退耦的遗迹。

3），宇宙中氦丰度的实测。主流宇宙学解释为宇宙大爆炸后原初核合成的结果。

4），对哈勃望远镜观测到的Ia型超新星之光度距离的分析。这可解释为宇宙空间在加速膨胀。

    随着观测仪器的技术性能提高，观测结果的精密度也愈来愈高；应当说，上述四方面的观测结果是可靠的，不会有错误的。可是对观测结果往往可以作出不相同的解释。例如在我的博文《能否建立一个既符合观测事实又不存在‘大爆炸’的宇宙模型?》之中曾指出，Weinberg在文献[1]举例说明过“在稳恒态模型里和重子一起产生微波背景并非完全不可能”, 还提到过 “早在1950年代，有些宇宙学的学者曾主张宇宙中的氦主要是在各恒星内部合成”。对观测结果的不同解释, 有的正确,有的错误或不完全正确,也有的尚难以判断是否正确。对观测结果的不同解释，有的有利于这种宇宙学，有的有利于那种宇宙学；也有的解释对几种不同的宇宙学都适用，即并不肯定某一种宇宙学更正确。例如，把微波背景辐射解释为光子退耦的遗迹，有利于‘大爆炸宇宙学’，把宇宙中氦的丰度解释为原初核合成的结果，也有利于‘大爆炸宇宙学’；而把河外星系普遍存在的宇宙红移解释为宇宙空间的膨胀，对‘大爆炸宇宙学’和我在博文《能否建立一个既符合观测事实又不存在‘大爆炸’的宇宙模型?》中所建立的宇宙模型，都能适用，这一解释并不肯定‘大爆炸宇宙学’正确。本博文主要讨论上述四种天文观测与宇宙学的关系，着重说明它们能不能肯定‘大爆炸宇宙学’正确？在（一）中先谈宇宙红移，其它留在（二）中讨论。

    1），河外星系宇宙红移的解释

对河外星系普遍存在的宇宙红移也有一些各种各样的不同解释，它们的目的大都是为了否定把宇宙红移解释为宇宙空间的膨胀。那些不同的解释也许各有一些道理，但可以肯定它们是不全面的，它们否定不了宇宙红移能够反映宇宙空间的膨胀；虽然宇宙红移还可然有其它原因，但这些其它原因只能产生部分的红移， 决不能用来完全代替由于宇宙空间膨胀而出现的宇宙红移。本博文不打算评论那些对河外星系红移的各种各样的解释，只着重说明为何那些解释决不能用来完全代替由于宇宙空间膨胀的解释。为什么这样说呢？

在前几次的博文中，我已经详细说明，要建立一个合理的宇宙学模型，宇宙学原理是不可少的；广义相对论加上宇宙学原理就必然意味着宇宙空间要发生膨胀或收缩，结合宇宙红移的观测结果，便可以肯定宇宙空间目前在膨胀，但不能肯定发生过‘宇宙大爆炸’。那么，不用广义相对论而用牛顿力学来研究宇宙学，

是否宇宙空间就可以不发生膨胀或收缩呢？我的回答是：（1），牛顿力学是不可能应用来研究整个宇宙的，这个问题留在以后再详细讨论；（2），由于星系间的引力比较微弱，在宇宙的局部可以应用牛顿力学，再加上宇宙学原理,就形成牛顿宇宙学[2],它把宇宙中的物质看成是可胀缩的理想流体,在实质上仍是默认了宇宙空间可以发生膨胀或收缩。

最后还要说明一个问题，在离银河系较近的星系中，有些星系不出现红移，反而是紫移，还有些星系的红移大大偏离哈勃定律，这是否表明宇宙红移系空间的膨胀的解释及哈勃定律都不适用了呢？不能这样看待！ 在《宇宙演化中的逻辑关联 Ⅵ  对宇宙学原理的再解释》那篇博文中，我曾指出，把宇宙中的物质看成理想流体，有一个如何选择单元的问题。现在有些学者主张以空洞及其周围的星系为单元，把宇宙作为整体来考虑；这样考虑，宇宙学原理才有可能成立，单元之间，除随着空间膨胀外，没有其它相对运动。若仅以星系为单元，宇宙学原理不完全成立，单元之间，除随着空间膨胀外，还可能有其它相对运动。结果空间膨胀与其它相对运动相叠加，就有可能使得某些星系出现紫移，还可能使得有些星系的红移大大偏离哈勃定律。

 

参考文献

[1] Weinberg S. 1972, “Gravitation and Cosmology”, Wiley, New York.

[2] Schneider P. 2006,“Extragalactic Astronomy and Cosmology”, Springer Berlin

 Heidelberg, New York.

 

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