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科学家如何能够制定理论来解释宇宙的起源?

编辑:网友投稿来源:互联网整理更新时间:2020-08-30 10:36:46

人类总是试图解释他周围的世界,理解它的驱动力和规律。在一定的发展时期,人类对现存世界,对宇宙有了一定的认识。在此基础上,形成了那个时代人们的某种世界观。此外,一个特定的科学家根据他的世界观和某个自然事实,制定一个简单的和可以理解的假设或想法。如果这个假设被当时的数据证实,然后发展和解释许多其他的自然现象,它就成为一个普遍接受的科学理论。同样的,解释宇宙起源的理论也出现了。以及所有其他科学的理论。让我们更详细地考虑一下这个问题。

从历史上看,天文学的第一个科学理论是世界的地心系统(地心模型-维基百科)。自古以来,由于对自然的认识有限,地球被认为是宇宙的中心。这就形成了某种世界观。基于这种世界观,当时的科学家提出了地球地心系统的基本假设:地球静止地位于有限宇宙的中心。事实上,这是宇宙,静止的参照系与地球行星有关。其他天体在某些轨道上绕地球旋转。随着观测事实的积累,这个理论发展起来了。从安德烈·塞勒留斯的地图集(安德烈亚斯·塞勒留斯-维基百科)《大神》(1708)中对地球地心系统的说明。

例如,行星表现出反向运动(天空中的一颗行星开始向后运动),因此产生了本轮理论(不同的和本轮-维基百科),它从数学上描述了这一现象。托勒密在其具有时代意义的著作《大论》(公元140年,大论——维基百科)中对世界地心说了最完整的描述。

科学家如何能够制定理论来解释宇宙的起源?

《大经》共13卷,包含了一整套当时的天文学数据和知识。13个世纪以来,“大论”一直是世界的主导理论。主要的假设(地球是宇宙的中心)与宗教非常一致,在宗教中,人被描绘成创造的王冠,而地球是世界的中心。也就是说,古代世界的人类中心主义世界观必然要“孕育”宇宙结构的理论,其中地球是世界的中心。这样一个理论就出现了!从上面的例子可以清楚地看出,宇宙起源的理论只是那个时代的人世界观的科学反映。有人类说,也会有地心说。

有趣的是,哥白尼的日心说(日心说-维基百科),取代了地心说,极大地简化了托勒密的系统在科学意义上。事实上,我们有这样一个例子:一个理论朝着对所观察到的事实更简单、更有逻辑的解释的方向发展,是如何导致一个全新理论的出现的。而且,新理论完全否定了旧理论的基本假设。但是,更有趣的是哥白尼式的科学革命不仅改变了天文学,也改变了人们的世界观。毕竟,如果地球不是宇宙的中心,那么人类也许就不是创造的皇冠。这是一种观念的转变,一种科学家思想的解放,导致了各个领域新理论的爆发。

参见哥白尼的日心说模型(哥白尼日心说-维基百科)。

由此可见,世界观和科学事实是科学理论产生的基础。在我们这个时代,一切都没有根本改变。一个很好的例子就是大爆炸理论(大爆炸-维基百科),它是目前普遍接受的宇宙学模型。

科学家如何能够制定理论来解释宇宙的起源?

大爆炸理论的主要假设是宇宙的膨胀(宇宙的膨胀-维基百科)。此外,这是一个显而易见的事实!这一现象是由埃德温·哈勃在1929年发现的(埃德温·哈勃-维基百科),当时哈勃制定了他的定律,现在被称为哈伯勒勒梅特尔定律:

星系离我们越远,它的速度就越快。

Hubble-Lemaitre定律在数学上可以写成:

V = H * L

其中H -为Hubble-Lemaitre常数,

L -是到星系的距离,

V -是星系的速度。

埃德温·哈勃在实验中发现了这个定律,他用望远镜测量了星系的红移。乔治·勒梅特(乔治·勒梅特-维基百科),在熟悉了哈勃望远镜的结果后,于1927年发表了一部著作(“质量恒定、半径增大的均匀宇宙,解释银河系外星云的径向速度”

全同基因的常量和人造牛角面包的星云辐射的超半乳糖。[布鲁塞尔法国科学年鉴,第47卷,第49页,1927年4月]。

在这项研究中,勒梅特尔第一次明确指出,是星系在后退(而不是恒星)。而且,Lemaitre得到的速度与距离的比例系数与E. Hubble在1929年发现的比例系数非常接近。

因此,膨胀的动态宇宙得到了一个非常好的理论基础。此外,观察到的膨胀与理论是一致的。此外,这个模型得到了发展,并有了其他重要的基础性发现。最终,这导致了现代宇宙学模型的产生,也就是大爆炸理论的产生。大爆炸理论是目前最完整地描述可观测宇宙的理论。

科学家如何能够制定理论来解释宇宙的起源?

如果我们考虑到星系的散射,那么大爆炸的想法就很简单:如果星系散射,那么在早期,它们彼此更接近。这意味着一段时间以前,所有的星系都在同一点。所有进一步的理论只是对这个假设的解释。就像在地心说中,整个理论都归结为地球是世界的中心这一假设,所以在大爆炸理论中,一切都归结为假设,如果星系是分散的,那么就会发生大爆炸。因此,解释星系的衰退和红移本身,是至关重要的。星系的分散正是这个事实,它决定了世界观,并以此为基础建立起宇宙的现代图景。让我们更详细地分析一下。

首先,我们根据爱因斯坦的STR考虑两个参照系,假设参照系1相对于参照系2运动,速度为V0。很明显,在这些参照系中,时间的流逝是不同的,因为它们是相对运动的(见爱因斯坦的方程式!)也就是说,如果我们有两个参照系,其中时间以相同的方式流动,那么这些参照系就以等于零的速度相对运动。这是爱因斯坦相对论的一个明显的事实:如果在参照系中的时间以不同的方式流动,那么这些参照系就会以一定的速度相对运动。

让我们根据这个事实来分析宇宙中星系的衰退。但是,我们也要记住,光在真空中的速度是有限的。因此,一个地球上的观察者是一个在一定半径的宇宙学球中心的观察者(Volodymyr Bezverkhniy在宇宙学中的回答,本特利悖论是什么?)此外,物质在球中的分布是各向同性和均匀的。随着离中心的距离,也就是离地球的距离,星系的速度会增加。在这个球体的边界上,星系的速度将等于真空中的光速。球外的星系对我们来说是看不见的,也无法登记。也就是说,球外的星系不会以任何方式与球的中心相互作用。

由于在这样一个宇宙球中物质的球对称分布,球中心的重力将只由地球的重力决定(球的质量没有影响)。请记住,地球是我们的第一参照系。此外,地球在球的中心是静止的。现在,我们有一个不同的参考系。让另一个参照系也与一个质量等于地球质量的行星相联系。让我们把另一个参照系,放在某个星系中,在我们的球体中。到这样一个星系的距离是R1。为了方便考虑,我们将把行星(参照系2)放在半径为R1的宇宙球上。显然,半径为R1的宇宙球的整体质量已经影响了参照系2的重力。因为参照系2位于球上,而不是在球里面。因此,在坐标系2中时间的流动将比在我们的参照系1中(在地球上)慢得多。这是显而易见的。

在一个与地球有关的参照系中,只有地球的地心引力(球的中心)影响时间。如果我们将参照系(行星)置于星系中,距离为R1,那么除了行星的质量之外,这个参照系还会受到半径为R1的宇宙球的整体质量的影响。记住,我们把行星放在一个半径为R1的球上。因此,在这样一个参照系(R1)中时间的流动将比在与地球相关的参照系中要慢得多。也就是说,时间的流动在第一参考系和第二参考系中是不同的。根据爱因斯坦的STR,这意味着我们的参照系是相对运动的。但是,由于第一参照系(行星地球)在球的中心是静止的,第二参照系(R1,星系)将以一定的速度相对于第一参照系运动。自然,第二参照系将会有一个红色的混合,这是由埃德温·哈勃修复!此外,由于宇宙球R1的半径更大,这个位移就越大,星系离我们越远。这意味着这样一个球的质量会更大,重力减速也会更大。一切都符合Hubble-Lemaitre定律。用经典的Hubble-Lemaitre定律。让我们演示一下计算过程。

假设一颗质量为M1的行星位于距离为R1的星系中。也就是说,我们的星球位于一个半径为R1,质量为M2的宇宙学球体上。假设由于球的引力作用,我们的行星(连同银河系)围绕球的中心,以半径为R1的圆形轨道运行。然后可以写出以下方程。

F = M1 * a = (G * M1 * M2) / R1^2

(M1 V^2) / R1 = (G * M1 * M2) / R1^2

V^2 = (G * M2) / R1

用体积来表示宇宙球的质量,得到经典的哈伯勒-勒梅特定律。

M2 = lc * (4/3) * gt * R1^3

V^2 = (G * 3f * (4/3) * 3f * R1^3) / R1

V^2 = G * c * (4/3) * c * r ^2

H = (G *外婆*(4/3)*外婆)^0.5

V = H * R1

其中H -为Hubble-Lemaitre常数,

V -星系速度,

R1 -到星系的距离,

G -是引力常数,

是宇宙球中物质的密度。

注意,根据所得到的方程,当宇宙中的物质密度(密度)是恒定的(在整个宇宙中)时,哈伯勒-勒梅特尔定律将很好地满足。也就是说,只有在宇宙的尺度上才能观测到。如果宇宙在某一尺度上不是均匀的和各向同性的,那么就会偏离这个定律,因为宇宙中的质量密度是不同的。同样明显的是,取决于距离(因为物质的密度会不同),Hubble-Lemaitre常数会改变它的值。只有在宇宙尺度上,它才会成为一个真正的常数。此外,在经典的法律制定。

综上所述,我们可以说,星系的红移以及因此而产生的退行基本上是由一个位于宇宙球(行星地球)中心的观测者所造成的。这种效应是引力时间按照爱因斯坦的STR膨胀的结果。因此,没有真正的星系衰退,就像没有大爆炸一样。因为,移动球的中心到另一个点,将导致这样一个事实:对于一个从中心来的观察者来说,一个特定星系的速度将会改变(因为引力成分将会改变)。在宇宙中,存在着星系通常的混沌运动。光速也是恒定的:)。然后还有爱因斯坦相对论的各种效应…再没有别的了:)!
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