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托马斯·戈尔德和赫尔曼·邦迪
在二十世纪四十年代,根据勒梅特教士的想法构建的各种宇宙模型无法正确阐明从观测推断出的某些数据,如宇宙年龄和曲率半径。有些宇宙学家试图改变相对论,以便协调天体的时间尺度数据和从膨胀推断出的宇宙年龄。戈尔德和邦迪的努力也许最引人注目,而且持续时间最长。1948年,这两位作者提出了他们的膨胀的稳恒态宇宙(univers stationnaire)理论,认为宇宙中的物质必须不断创生。确实,在戈尔德和邦迪看来,宇宙不仅空间是均质的,而且应该呈稳恒态,就是说它的物质密度是不变的。然而,由于对遥远星系的谱线位移进行的最令人满意的解释是多普勒效应,所以他们认为宇宙在膨胀。补偿因这种膨胀导致的密度减少的唯一办法是物质的不断创生。弗雷德·霍伊尔继承了这种想法,表明它同广义相对论方程是相容的,条件是要在方程中随意加上一个常数,在弗里德曼证明这个常数无用之前,爱因斯坦也曾认为应加上此类常数,还有一个条件是要摈弃能量守恒原理!这个宇宙模型在一定程度上受到那些接受膨胀说但拒绝大爆炸论的研究者的欢迎,直至1965年,阿尔诺·彭齐亚斯和罗伯特·威耳孙意外发现了残余的宇宙辐射,其温度接近大爆炸理论所预言的温度,但在恒稳态理论中没有自己的地位。戈尔德和邦迪提到,所有的实验都是完全可以重复的,这是物理学的基本公理,并说这个条件导致一个实验的结果不会受到实验进行的地点和时代的影响。然后,他们强调物理学家进行的实验和天文学家进行的观测之间的区别。
在实验物理学中,我们通常把可以随意改变的情况和不变的自然规律分开来。这种对“偶然的”情况和“自然的”、本质上不变的规律进行的区分是合理的,只要我们能控制偶然性,并能用额外的实验来证明这种区分是有效的。在天文观测中,我们无法进行这种控制,也决不能证明什么是偶然的和什么是自然的。这种困难虽说从逻辑上说十分实际,但并不一定会影响对太阳系的原动力进行的解释。当我们发现太阳系及其许多运行轨道正是我们的自然规律所允许的众多体系之一,我们就会感到满意。但是,当我们研究整个宇宙的运行状态时,区分自然规律和偶然情况的逻辑基础就随之消失。对宇宙结构的任何观测都会产生唯一的结果,如对光速或万有引力常数的确定。另外,如果我们观测的是一个可变的宇宙,我们就必须认为这种观测在描述偶然情况,而另一种观测则在描述自然规律。
(戈尔德和邦迪《膨胀的宇宙的稳恒态理论》,载《皇家天文学会每月通报》)
这就是说,构想出某种宇宙体系是个困难的任务,如果宇宙处于不断变化之中,这就是一种冒险。
现在的观测表明,宇宙处于膨胀之中。这说明过去的平均密度要比现在的来得大。如果我们现在阐述的是这样一个密度更大并被认为已达到目前状况的宇宙的运动状态,我们就应该了解在密度更大的宇宙中的物理规律和可在其中使用的常数。但是,我们没有对它们“确定”。这些物理规律已被我们看做本质的东西,因为它们不会受到我们可能产生的情况变化的影响,我们通常认为它们不会有某种变化。人们认为,宇宙密度的这种变化会产生可以忽略不计的局部效应[……]。人们认为,无须改变一个观测者在实验室里推断出来的物理规律。
(《膨胀的宇宙的稳恒态理论》)
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