星系：宇宙的演变史( 二 )
1922年 ， 俄国理论家亚历山大·弗里德曼（Alexander A. Friedmann）意识到爱因斯坦的宇宙是不稳定的 。最小的扰动将导致其扩展或收缩 。当时 ， 洛厄尔天文台的Vesto M. Slipher正在收集星系实际上正在移动的第一个证据 。然后 ， 在1929年 ， 著名的天文学家爱德温·哈勃（Edwin P. Hubble）发现 ， 一个星系离开我们的速度与它与我们的距离大致成比例 。
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遥远类星体的多幅图像（ 左 ）是被称为引力透镜效应的结果 。当来自遥远物体的光被中间星系的引力场弯曲时
不断膨胀的宇宙的存在意味着宇宙已从物质的密集集中演变为目前广泛分布的星系 。英国宇宙学家弗雷德·霍伊尔（Fred Hoyle）率先将这一过程称为“大爆炸” 。霍伊尔打算贬低这一理论 ， 但是这个名字太吸引人了 ， 因此广受欢迎 。然而 ， 将膨胀描述为某种物质爆炸远离空间的某个特定点 ， 这在某种程度上具有误导性 。
那根本不是图片：在爱因斯坦的宇宙中 ， 空间的概念和物质的分布紧密地联系在一起； 观察到的星系系统的扩展揭示了空间本身的展开 。该理论的一个基本特征是 ， 随着宇宙的扩展 ， 空间的平均密度会下降 。物质的分布没有可观察的边缘 。在爆炸中 ， 最快的粒子移到空的空间 ， 但是在宇宙大爆炸宇宙学中 ， 粒子均匀地填充了所有空间 。宇宙的膨胀对受引力束缚的星系甚至星系团的大小影响不大 。他们之间的空间只是开放的 。从这个意义上讲 ， 膨胀类似于葡萄干面包的上升 。面团类似于太空 ， 葡萄干类似于星系团 。随着面团膨胀 ， 葡萄干分开 。此外 ， 任何两个葡萄干分开的速度与分离它们的面团量直接且成正比 。
【星系：宇宙的演变史】宇宙膨胀的证据已经积累了大约60年 。第一个重要线索是红移 。星系比其他星系更强地发射或吸收某些波长的光 。如果银河系远离我们 ， 则这些发射和吸收特征将移至更长的波长 ， 也就是说 ， 随着衰退速度的增加 ， 它们会变得更红 。这种现象称为红移 。
哈勃的测量结果表明 ， 一个遥远星系的红移大于一个靠近地球的星系的红移 。这种关系 ， 现在称为哈勃定律 ， 恰恰是在一个统一扩展的宇宙中所期望的关系 。哈勃定律说 ， 一个星系的衰退速度等于它的距离乘以一个称为哈勃常数的量 。附近星系的红移效应相对较弱 ， 需要良好的仪器才能检测到它 。相反 ， 非常遥远的物体（射电星系和类星体）的红移是一种令人敬畏的现象 。有些似乎正在以光速的90％以上离开 。
哈勃为图片的另一个关键部分做出了贡献 。他计算了天空中不同方向的可见星系的数量 ， 发现它们看上去分布相当均匀 。哈勃常数的值在各个方向上似乎都是相同的 ， 这是均匀扩展的必然结果 。现代调查证实了宇宙在很大程度上是均匀的基本原理 。尽管附近星系分布的地图显示出团块状 ， 但更深入的调查显示出相当大的一致性 。
例如 ， 银河系位于两个打结的星系中 。这些反过来又是从所谓的本地超集群突出的星系复合体的一部分 。聚类的层次结构可追溯到约5亿光年的维度 。物质平均密度的波动随着所研究结构的规模增加而减小 。在覆盖距离接近可观察极限的地图中 ， 物质的平均密度变化不到百分之一 。
为了检验哈勃定律 ， 天文学家需要测量到星系的距离 。测量距离的一种方法是观察星系的视在亮度 。如果一个星系在夜空中的亮度是其他星系的四倍 ， 那么可以估计它的距离是它的两倍 。现在已经在整个可见距离范围内测试了这种期望 。
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