连载科普-膨胀与引力

要想了解膨胀，首先还需要先了解光。

如果你高中学过化学的话，那么你一定知道电子和电子轨道，不同于我们的行星被限定在固定的轨道上运动，电子可以从一个轨道转换到另一个轨道，而达成这的条件：吸收或者释放能量。

那么，能量从哪里来呢？

光。电子通过吸收释放光来实现轨道的跃迁。

电子跃迁

电子在特定的光射线下，才能吸收释放能量，实现从一个轨道到另一个轨道，如果能量不够，它将待在原来的轨道，如果能量过高，它甚至能逃逸原子。

爱因斯坦因为对这的研究获得了他人生唯一的一次诺贝尔物理学奖。

这就是著名的光电效应：金属只有在“恰当的”光照射下才能放出电子。

几十年来，科学家们已经知道从一个轨道跳跃到另外一个轨道所需要的能量，以及需要的光源，根据这些，我们推断出恒星行星的大气成分。

那么，由此，原子吸收了哪些光，只需要看看光缺少了哪些波长就可以了。科学家们制造了光谱，通过它就能知道你和光源之间有哪些原子了。

意外的是，在遥远宇宙传来的光线中，所有的颜色都出现了“红移”。形象的解释：想象一根弦，被拉紧时音调变高。而在宇宙被拉紧时，光线的波长也增加了，这也许能让你理解为什么光线红移（红光在可见光中波长较长）。

光线红移与蓝移现象

从越远的传来的光，红移也就越厉害。蓝边绿，绿变黄，黄变红，甚至变成微波……

通过从远处传来的光在地球上看到的颜色与原本颜色的差别，我们就可以推断出远处光源与地球的距离。

而回头来，为什么会产生“红移”现象呢？这说明了一个连爱因斯坦都不喜欢的结论：远处星系与我们的距离正在变大，一直如此。

科学家们为这个现象取名“宇宙膨胀”。而每个人都作为宇宙中心所看到的宇宙都正在，或许是永远都在膨胀。

如同我们前面所说的。任何地方都是可见宇宙的中心。

这就不得不让科学家提出另一条宇宙原则：要猜想离地球很远的事情，人类必须假定没有一个特别的位置，也就是观察者在宇宙各处观察，任何方向看上去都是一样的——宇宙第二原则。远处的星系总是远离他的观察点——宇宙第三原则。

这听起来好像有点难以置信，但在宇宙这个大尺度的方向上，它是正确的。

发现宇宙膨胀的是美国天文学家埃德温·哈勃，他在1929年发现，这个定律也被称为“哈勃定律”，因此，他成为现代观察宇宙学之父。

然而，爱因斯坦并喜欢这个定律，因为，它表明宇宙构造在膨胀，也就是过去宇宙比现在小。这怎么可能？这在第二道墙时会得到证明，不过，在此之前，我们需要了解爱因斯坦引以为豪的引力。

引力无处不在，砸中牛顿的苹果也是引力在作怪。

就如月球在时空的弯曲，让地球表面的水向月球滑去，这正是潮汐的原因。

所有的一切，都受到引力的影响。

但是，为什么空气会网上飘呢？准确的说，比空气密度小的为什么不受引力影响而往下呢？当然，这是一个很容易的回答的问题，因为他们比空气轻，空气在他们下面。因此他们不得不腾出空间让空间容纳比自己重的物体。

前面在广义相对论中，我们已经知道引力是时空弯曲的结果，它会创造出斜坡，让你有向下滑落的趋势，而实际上，这种沿着时空构造的斜坡往下掉的运动是宇宙所有运动中最自然的。

引力降维

当然，就如碗中快速旋转的球一样，如果你要挣脱碗这个斜坡，就必须速度足够大才能旋转出来。地球上，也一样，如果你要挣脱地球这个巨大的引力造成的时空弯曲的斜坡，你就必须让速度高于第一宇宙速度，也成为逃逸地球的速度，相应的还有逃逸太阳系的速度等等……，可以提一下，40320公里每小时成为地球逃逸速度，也就是宇宙飞船最初需要的速度。

任何东西在任何方向上产生不可见的斜坡，我们称之为引力。因为宇宙构造本身就含有斜坡，那么宇宙构造到底是什么东西呢？

爱因斯坦在1905年给出了E=mc²的公式，但他又在1915年表示宇宙在任何地方的形状由该处的质量和能量决定。这也意味着，他抛弃了引力是一种作用力的概念，而是当做几何。

一直以来让外太空运动着的东西，是我们成为“宇宙构造”的东西。