宇宙为什么能光速膨胀（为什么科学界坚持认为宇宙在膨胀）
宇宙为什么能光速膨胀（为什么科学界坚持认为宇宙在膨胀）但伽利略那个时代观测条件有限，认定宇宙是静态的。因此科学史一般把伽利略作为现代科学的鼻祖。宇宙在膨胀，而且在加速膨胀，是100年来天文观测发现，且有越来越多的证据支撑。最早的证据是星系红移，哈勃这个惊天动地的发现，彻底推翻了科学界坚持几百年的静态宇宙观，从而为大爆炸宇宙标准模型奠定了最坚实的基石。哥白尼提出日心论，打破了宗教对天体运行的魔咒；伽利略制造望远镜观察天体，用马灯测量光速，催生了现代科学的萌芽。
网络上一直有人在质疑宇宙膨胀，觉得科学家也是随意猜测，没有什么确凿证据证明。甚至有人认为，宇宙为什么不会是在膨胀和收缩的交替中进行呢？
但科学从来也容不得信口开河，胡乱猜测。
其实宇宙膨胀的证据早在100年前就几乎是铁板钉钉了，发现这个证据的是美国著名天文学家埃德温·哈勃。
如果现在有谁不是胡思乱想，而是认真研究，拿出能够证明宇宙是在膨胀和收缩交替进行的确凿证据，诺贝尔物理学奖就等着他去拿了，而且会替代哈勃成为新的宇宙理论一代宗师。
宇宙膨胀是科学论证的结果，不是凭空猜测。宇宙在膨胀，而且在加速膨胀，是100年来天文观测发现，且有越来越多的证据支撑。
最早的证据是星系红移，哈勃这个惊天动地的发现，彻底推翻了科学界坚持几百年的静态宇宙观，从而为大爆炸宇宙标准模型奠定了最坚实的基石。
哥白尼提出日心论，打破了宗教对天体运行的魔咒；伽利略制造望远镜观察天体，用马灯测量光速，催生了现代科学的萌芽。
因此科学史一般把伽利略作为现代科学的鼻祖。
但伽利略那个时代观测条件有限，认定宇宙是静态的。
静态宇宙观认为，宇宙无边无际无始无终，从来就是这个样子，永远不会改变。
改变的只是局部日月星辰斗转星移，整个宇宙是不变的。
这种认识根深蒂固的统治者科学界，一直统治了几百年。
从牛顿到卡文迪许，一直到爱因斯坦，都没有人质疑。
根据其广义相对论引力场方程，必然得出一个不停变化动态宇宙的解。
为了迎合静态宇宙的主流学说，他只得在自己方程里加入了一个“宇宙常数”，以使方程能够自圆其说。
这个方程就是从Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv变成了∧gμv Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv，其中的“∧”就是宇宙常数。
爱因斯坦得知哈勃发现星系红移的消息，立即赶到哈勃所在的威尔逊天文台进行验证，并马上承认了自己引力场公式的错误，拿掉了那个“宇宙常数”，恢复了动态宇宙的结论。
根据爱因斯坦场方程，可以预言出很多宇宙现象，这些宇宙现象只能在动态宇宙，也就是宇宙膨胀的情况下才能够出现。这些预言包括黑洞、引力波、引力透镜、时空弯曲等等。
这些预言都被后来的观测发现所证实，这也是宇宙膨胀的重要证据。
所谓星系红移，是根据光的多普勒效应得到的。
在讨论多普勒效应前，我们先来了解一下可见光的本质和特点。
可见光就是我们眼睛能够看到的光，是电磁波谱中的一小段，波长在380nm~760nm之间。
但这个可见光并不是单色光，而是复合光，就是有若干种颜色集合形成的，人们把它主要区分为红橙黄绿青蓝紫等七色。
通过三棱镜，复合光会发生色散，我们就可以看到这些彩色的光。
这七色光的波长不一样，其中红光最长，紫光最短。
这些单色光的波长分别为：红光620~760nm，橙光590~620nm，黄光570~590nm，绿光490~570nm，青光480~490nm，蓝光450~480nm，紫光380~450nm。
率先发现声波多普勒效应的是奥地利物理学家及数学家克里斯琴·约翰·多普勒，他在1842年发现声波波长和频率会随着接近或离开的速度发生变化，人们就把这种效应以他的名字命名，叫多普勒效应。
声波的多普勒效应，就是声音在靠近我们时，我们听到的声音会比平常变得高昂，如果离我们远去时，我们听到的声音会变得低沉。
平时我们听到救护车或警车或火车鸣笛靠近和远离时，都会有这种感受。
这是因为声波高速靠近我们时波长和频率会受到压缩，而远离我们时波长频率会被拉伸，而且这种波长和频率变化与速度成正比。
声波多普勒效应计算公式为：靠近波源时λ'=（u v）/λ或远离波源时λ'=（u-v）/λ。
式中，λ'为观测到的频率，u为波在该介质中移动速度，v为观测者相对波源的移动速度。
后来的研究发现，多普勒效应会发生在一切以“波”的形式传播的事物上，光波在移动时也有这种现象。
光的多普勒效应是光源高速靠近时光谱会向蓝方移动，远离时会向红方移动。红移量或蓝移量同样与速度成正比。
计算光波多普勒效应公式有三个：
光（电磁波）的多普勒效应计算公式分为以下三种：
1、纵向多普勒效应：f'=f[(c v)/(c-v)]^(1/2)，其中v为波源与接收器的相对速度，c为光速；
2、横向多普勒效应：f'=f(1-β^2)^(1/2)，其中β=v/c；
3、普遍多普勒效应：f'=f [(1-β^2)^(1/2)]/(1-βcosθ)，其中β=v/c，θ为接收器与波源的连线到速度方向的夹角。
纵向与横向多普勒效应分别为θ取0或π/2时的特殊情况。
这样，人们在观测远方光源移动时，就能够知道它是在像我们靠拢，还是离开我们，而且能够通过光谱蓝移和红移的值，计算出靠近或远离我们的速度。
哈勃经过长期观测和研究，发现了四面八方的星系都在“红移”，也就是远离我们而去。进一步研究发现，星系红移各向同性，并且与距离成正比关系，也就是说，距离越远越快，距离越近越慢。
这就说明，宇宙没有中心，就像一个气球表面，随着气球的膨大，每一个气球表面的点都在相互分开。
这样就可以追溯过去，这些星系昨天比今天更相互靠近一点，去年比今年更相互靠近一点，在很久以前，这些星系是集中在一个点上。
这个发现说明了两点：1、宇宙在膨胀；2、宇宙过去是由一个点爆炸或者叫膨胀开来的。
后来科学界经过观测研究认为，宇宙起源于一个无限小的奇点，爆炸发生在138亿年前。
其中，Vf为天体远离的速率，单位km/s；Hc为哈勃常数，单位：km / (s·Mpc)；D为相对地球的距离，单位：Mpc （百万秒差距）。
一个pc（秒差距）约3.26光年，一个Mpc约为326万光年。
所谓哈勃常数就是在距离我们326万光年的地方，星系离开我们的速度。有了这个速度，我们就能够测算出宇宙任何一个距离离开我们的速度。
根据哈勃常数计算，宇宙膨胀整体叠加超过光速三倍。
这些年各国科学团队用不同的方法测得的哈勃常数值相互有一些出入，平均约在71km/s·Mpc。
也就是说在距离我们326万光年的地方，星系离开我们的速度为每秒约71公里。
现在科学界认为宇宙可观测半径约465亿光年，这样根据哈勃定律，代入哈勃常数，计算可得距离我们最远的星系，离开我们的速度达到光速的三倍多。
这就是宇宙膨胀超过光速的由来。
根据计算，如果在326万光年出，宇宙膨胀速度为71公里（71000米）每秒，那么在距离我们1光年处，根据哈勃定律Vf=HcxD计算，可得：
Vf=71000x(1/3260000)≈0.022m/s
也就是说在距离我们1光年的地方，宇宙膨胀速率约为2.2厘米每秒。
但事实上，宇宙膨胀只是在大尺度发生，而在较小尺度，星系和恒星之间更大的概率是在受到万有引力影响，所以在较近的宇宙空间，星系之间更多的是相互吸引靠近。
比如我们银河系和仙女座星系，每秒都在以约200公里的速度靠近，在未来的40亿年内，两个星系会发生碰撞融合。
自从哈勃发现并证实了宇宙星系全面红移，静态宇宙观就寿终正寝了，动态宇宙论成为科学界的共识，而其中的核心理论就是大爆炸宇宙标准模型。
哈勃的发现和研究确立了宇宙膨胀学说，他作为星系天文学的创始人和观测宇宙学的开拓者，被誉为星系天文学之父。世界上第一台最重要的太空望远镜以他的名字命名，这就是著名的哈勃空间望远镜。
彭齐亚斯和威尔逊就是利用这种望远镜发现了宇宙微波背景辐射
100年来，宇宙膨胀的证据越来越多，没有一例反证。宇宙微博背景辐射被认为是有一个最重要证据。这是从遥远138亿光年经过138亿多年传来的大爆炸余烬，还残存着一点微弱的光辐射，这种辐射充斥着宇宙，很弱，温度只有2.7K，也就是-270.45℃。
但这个辐射1964年被两位年轻的工程师~彭齐亚斯和威尔逊发现并证实，由此他们获得了1978年诺贝尔物理学奖。
2014年3月17日美国物理学家宣布，首次发现了宇宙原初引力波存在的直接证据。原初引力波就是宇宙大爆炸时刻发出的引力波，科学家们在南极地下深处探测到了这种波特殊的偏振模式。
还有各种遥远星系观测、超新星观测都证明宇宙在加速膨胀，而暗物质和暗能量的研究为宇宙星系形成以及膨胀的机制增添了证据。
迄今，并没有一例反证认为宇宙没有膨胀，更没有宇宙在收缩的任何证据。
这就是现代天文学的结论。
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