支配宇宙的方程

作者: Zwicky

来源: 公众号:原理

发布日期: 2022-01-17 12:15:35

本文介绍了弗里德曼方程在宇宙学中的重要性,以及它如何改变了我们对宇宙的理解。

宇宙的历史,是一部膨胀史。第一个弗里德曼方程。与今天相比,100年前的人们对宇宙的认识是非常有限的。1922年,人们认为宇宙是静态的、永恒不变的。那个时候,天文学家还没有观测到任何线索表明银河系之外原来还有那么多不同形状、不同大小的星系,他们也没有发现宇宙中存在着像脉冲星、白矮星这样的奇异天体,他们更不会想象到宇宙甚至有一个开端。

然而,也正是在那一年,年轻的弗里德曼在研究了爱因斯坦的广义相对论,并假设宇宙是各向同性和均匀的之后,推导出了在宇宙学领域无人不知的弗里德曼方程。最令人惊奇的是,弗里德曼得到的解意味着宇宙可以膨胀、收缩、坍缩,甚至有一个开端,而非像当时爱因斯坦和其他大多数科学家所认为的那样是静态的。在弗里德曼推导出的两个方程中,第一个更为重要。方程的一边告诉我们宇宙的构造会如何随时间膨胀或收缩。

方程的另一边包含了所有的物质、辐射和其他任何组成宇宙的能量形式,也包含了空间的固有曲率,甚至包含了爱因斯坦曾为了保持静态宇宙在方程中引入的宇宙学常数。尽管弗里德曼的生命是短暂的,但在一个世纪后,他书写下的方程仍然支配着宇宙的膨胀史,并已被扩展到一个包含暴胀、暗物质、中微子和暗能量的宇宙。

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