08.27 人们是怎么一步步建立宇宙大爆炸理论的?

十九世纪末的物理,科学家们认为他们已经满意的解开了物理学的大部分谜团,但是就在人们觉得已经没什么可以研究的时候,人们开始把眼光投向了宇宙。

1 离群索居的威拉德 吉布斯

有一个科学家,威拉德 吉布斯,是耶鲁大学一个离群索居的学者,一生只在三个街区的范围内度过,一个是他的家,一个事耶鲁大学在康涅狄格州黑文的校园。他为人谦虚几乎从不抛头露面。在耶鲁大学的十年里,连工资都懒得去领。

1871年-1903年去世,在此期间,每年选他的学生只有一名,他写的东西艰涩难懂,视为天书。他的《论多相物质的平衡》 阐述了几乎一切热力学原理,该书也一度被称为“热力学原理”。

普朗克本来想继续研究热力学,但是这部分研究已经被吉布斯研究了,但是他没有气馁,转向别的方向。

2 19世纪 80年代人到中年的睿智科学家阿尔伯特迈克尔逊

光以太 一种稳定、看不见、没有重量、没有摩擦力、不幸又完全是想像出来的媒质。它是看文迪许假设的,牛顿也支持的说法。著名的迈克尔和莫雷实验破坏了长期以来人们对一种所谓光以太的东西的信念。

阿尔伯特 迈克尔逊 出身自贫苦的犹太人家庭,上不起大学,他便来到白宫的正门口游来晃去,希望能在尤利塞斯 s 格兰特每天出来散步的时候碰上这位总统。在这样散步的过程中,得到总统的欢心,总统同意免费送他去美国海军学院学习,迈克尔逊攻读了物理学。

故事是这样的:

迈克尔逊说服贝尔(电话的发明者)提供资金制造了他自己设计的干涉仪,用来非常精确的测量光的速度,在莫雷的帮助下测量了几年。这个期间把迈克尔逊的身体健康都弄垮了。

结果出乎人们的意料,光的速度在各个方向,各个季节都是一样的。

由此可以看出迈克尔逊是一个非常机智的学者。

3 坚持不懈的普朗克和天才爱因斯坦

1900年的普朗克42岁,揭示了一种崭新的的“量子理论”,该理论认为能量不是一种流水般连续,而是一包包地传递的东西,他称之为量子。这个理论表明原来光不是波动的,它是第一个迹象,表明世界将要改变。

1905年 的阿尔伯特 爱因斯坦 递交了五篇论文,其中三篇称得上“物理学史上的最伟大作品”——一篇是光电效应、布朗运动、狭义相对论。第一篇解释了光的性质,第二篇提供了证据,证明了原子确实存在,第三篇完全改变了世界。

1879年生于德国,在慕尼黑长大,三岁开始说话,10岁去瑞士继续学业。他是一名聪明而不突出的学生。

爱因斯坦的情史

阿尔伯特爱上了一位同学米勒娃玛丽奇 的匈牙利姑娘。1901年他们没哟结婚就生了一个女儿,他们把孩子给了人家,他从没见过自己的孩子。两年后他们结婚了,随后在瑞士专利局带了七年,在这种背景上他创立了他的狭义相对论。

他的《论动体的电动力学》在补充中出现E=mc^2质量和能量是等价的。罗素写的《相对论ABC》是对他的相对论理论的科普解读。

天才爱因斯坦也会犯错误,他曾经认为宇宙是固定的,还在自己的等式中加入了宇宙常数。

4 自负的谎话精 哈勃

斯莱弗是第一个注意到宇宙的红移和蓝移的人,但是功劳落在了非常自大的埃德温哈勃,很有运动天赋,魅力十足,英俊到不恰当的地步。

哈勃是一个非常自负的大人物,尽管才华出众确实一个说谎大王,他说他20世纪20年代的大部分时间里一直在肯塔基州当律师,但实际上他在印第安纳州新奥尔巴尼当中学教师何篮球教练,后来才获得博士学位。

在1919年之后的十年,哈勃着手研究有关宇宙的两个基本问题:宇宙已经存在多久?宇宙的范围由多大?红移能让我们知道星系后退的速度,但不能让我们知道他们离得多远。

4.1 恒星离我们多远

要解决这个问题,我们必须有测量的方法。

首先我们要有“标准烛光”——即准确测得某个恒星的亮度,作为测量其他恒星的亮度的基准,并以此计算相对距离。

在那样的一个时代,女子的才智是没有多少用武之地的。计算员是女人离天文学最近的地方。

虽然这种制度不公平,但是确实女人察觉到了男人往往疏忽的宇宙之细微结构。

一个叫做亨利埃塔 斯旺 莱维特的才女计算员想出了一种找到这类恒星的方法。

她发现了一种叫“造父变星”的恒星,在有节奏的搏动——一种星体的“心跳,北极星就是一颗造父变星。

造父变星之所以会搏动,是因为它已经变成红巨星,在燃烧剩余燃料的过程中产生了一种很有节奏的,不停的一亮一暗的现象。

莱维特的天才之处在于发现通过比较天空中不同位置的造父变星的相对量级,就可以计算出它们之间的相对位置,他们可以作为标准烛光。

哈勃把莱维特的测量宇宙的标准和维斯托 斯莱弗的红移结合起来。1923年他证明仙女座里的一团带好位M 31的薄雾状东西不是气云,而是恒星,其本身就是一个星系。后来发表文章《漩涡星云里的造父变星》。仅仅是这一项,就可以让哈勃名扬天下。

4.2 他继续研究另一个问题——宇宙到底有多大

他利用威尔逊天文台的254cm的天文望远镜,加上自己的推断,得出天空中的所有星系都在离我们远去,而且他们的速率和距离成正比,星系离我们的距离越远,退行的速率越快。

宇宙在扩大,速度很快,朝各个方向。宇宙不是稳定的、固定的、永恒的,而是有一个起点或许还有终点。一个静止的宇宙会自行坍塌,这一点牛顿以后的每个有头脑的天文学家都应当明白。

要是恒星在一个静止的宇宙里不停的燃烧,就会使整个宇宙酷热难当,而一个不断膨胀的宇宙就把这个问题基本解决。

世界上最敏锐,最受人尊敬的科学家之一——阿尔伯特迈克尔逊已经向哈勃提到过爱因斯坦的理论适用于他的发现,但是哈勃善于观察,却不善于动脑,没有抓住机会在理论上有所收获,而是留给了乔治 勒梅特。他把实践和理论结合起来,创造出了自己的“烟火理论”——宇宙大爆炸理论的雏形。

宇宙一开始是一个几何点,一个“原始的原子”突然爆炸,向四面八方散开,极好的预示宇宙大爆炸理论。这个理论要过几十年,等彭齐亚斯和威尔逊发现宇宙背景辐射才会变成一种固定的理论。

诡异的消失。

1953年哈勃心脏病发作去世,诡异的是他的妻子拒绝举行葬礼,没有人知道她怎么处理他的尸体。1990年美国发射天文望远镜,命名为哈勃望远镜。


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