宇宙空間的膨脹

一、膨脹現(xiàn)象

宇宙的起源和發(fā)展，是人類從古到今研究宇宙的一個(gè)重要課題。人們對(duì)宇宙的起源和發(fā)展有許多不同的觀點(diǎn)；但是宇宙大爆炸理論是現(xiàn)時(shí)宇宙學(xué)最為流行的理論，它認(rèn)為我們的宇宙是由奇點(diǎn)爆炸形成的。

宇宙大爆炸理論認(rèn)為，宇宙中所有的質(zhì)能，都最初集聚在一個(gè)體積無(wú)限小、能量密度無(wú)限大的點(diǎn)上，這個(gè)點(diǎn)稱之為奇點(diǎn)。奇點(diǎn)在一瞬間爆炸噴出宇宙原始的能量物質(zhì)，然后這些能量物質(zhì)隨著宇宙的膨脹，一邊運(yùn)動(dòng)一邊演化一直發(fā)展到現(xiàn)在，形成了一個(gè)豐富多彩的動(dòng)態(tài)宇宙世界。這一理論已經(jīng)被哈勃的觀察和研究結(jié)果肯定，并經(jīng)過(guò)許多物理學(xué)家作了進(jìn)一步的研究，而成為一個(gè)迄今為止最有代表性的理論。

從奇點(diǎn)爆炸開(kāi)始，宇宙的發(fā)展演化經(jīng)歷了以下幾個(gè)階段：

第一，暴脹前階段。這一階段的時(shí)空無(wú)法言表，宇宙性能也超乎尋常。

這一階段質(zhì)能從奇點(diǎn)噴出，質(zhì)能速度雖然大，但宇宙空間沒(méi)有達(dá)到暴脹時(shí)的速度；其原因是量的積累還沒(méi)有達(dá)到暴脹的程度，質(zhì)的演變也沒(méi)有到此火候。

第二，暴脹階段。這一階段是在瞬間完成的，其整個(gè)宇宙是一鍋能量極度高、能量密度極度大的純能量時(shí)空?qǐng)?，能量以超光速向外運(yùn)動(dòng)、宇宙空間超光速向外拓展。

這一階段，宇宙中的質(zhì)能從奇點(diǎn)超光速、均勻地向外噴發(fā)；噴發(fā)時(shí)間極其短暫，然宇宙空間以驚人的速度迅速膨脹。

第三，制脹階段。在暴脹階段的末期，宇宙由于時(shí)空質(zhì)能機(jī)制和物質(zhì)耦合機(jī)制，能量場(chǎng)開(kāi)始不斷演化，進(jìn)而形成制約暴脹的極度因素，使得宇宙空間進(jìn)入滯脹階段。

這一階段，是宇宙發(fā)展演化的一個(gè)拐點(diǎn)，它由暴脹瞬間躍遷到一般膨脹的初始階段。這一時(shí)間極其短暫，短暫的無(wú)法言表；但它極其重要，而相當(dāng)神奇且豐富多彩，它讓超光速的宇宙暴脹，變成了低光速的宇宙膨脹。

這一階段，一方面，宇宙開(kāi)始降溫，但溫度還特別高；另一方面，純能量開(kāi)始演變成原初能量場(chǎng)、原始粒子湯和形成質(zhì)量的實(shí)子。

第四，膨脹階段。滯脹階段末期，隨著宇宙空間的膨脹，收斂作用和發(fā)散作用不斷博弈，最后發(fā)散作用戰(zhàn)勝了收斂作用，所以膨脹因素主導(dǎo)了宇宙。從此宇宙空間在發(fā)散作用的帶領(lǐng)下不斷膨脹，膨脹的空間又帶動(dòng)宇宙萬(wàn)物抗衡萬(wàn)有引力向外運(yùn)動(dòng)。如今宇宙空間還在膨脹，并且在將來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里會(huì)一直膨脹下去。

這一階段，膨脹速度低于光速，宇宙能量密度總體上趨于降低，宇宙溫度逐漸降低；但也有部分反反復(fù)復(fù)的意外。這一階段，宇宙質(zhì)能演化，各種物質(zhì)粒子、宇宙射線、能量場(chǎng)、天體物質(zhì)等等相繼被創(chuàng)造出來(lái)。

最后宇宙會(huì)有一個(gè)什么樣的結(jié)局，誰(shuí)也不知道，但就目前來(lái)看科學(xué)家們有三種猜想：其一，宇宙會(huì)一直膨脹下去。其二，宇宙膨脹到一定階段會(huì)收縮，然后宇宙回到奇點(diǎn)，再膨脹再收縮，以此反復(fù)循環(huán)，無(wú)窮不斷。其三，宇宙一直膨脹，到最后既不膨脹，也不收縮，從外面看成了一個(gè)既定的宇宙空間，從里面看，是一個(gè)動(dòng)態(tài)的不變宇宙時(shí)空。

究竟宇宙膨脹下去，最后會(huì)是一個(gè)什么樣子的結(jié)果呢？到目前為止無(wú)人知曉，我們只能期待科學(xué)進(jìn)步的鑰匙，能打開(kāi)宇宙奧秘的大門，以一探終究！

二、膨脹原理

宇宙空間在膨脹，宇宙萬(wàn)物也跟著空間向外擴(kuò)張；并且離我們?cè)竭h(yuǎn)的天體，其遠(yuǎn)離我們的速度越快，這是哈勃望遠(yuǎn)鏡看到的實(shí)際結(jié)果。這膨脹、擴(kuò)張?jiān)鯓舆\(yùn)行，何因形成，它們之間又有什么關(guān)系？接下來(lái)我們說(shuō)道說(shuō)道。

宇宙空間向外膨脹，是由拓展宇宙空間的自身物質(zhì)導(dǎo)致的。宇宙時(shí)空的膨脹需要能量，現(xiàn)在物理界普遍認(rèn)為是暗能量提供的推力。暗能量在向外的運(yùn)動(dòng)中推動(dòng)宇宙空間膨脹；在膨脹過(guò)程中，暗能量充當(dāng)了時(shí)空能量場(chǎng)，使時(shí)空不那么空曠單調(diào)，這樣膨脹后的宇宙就形成一個(gè)能量時(shí)空?qǐng)?，?jiǎn)稱時(shí)空?qǐng)觥?/p>

時(shí)空?qǐng)龃嬖跀_動(dòng)、有漲落現(xiàn)象，也有粘黏性；當(dāng)物質(zhì)經(jīng)過(guò)漲落的動(dòng)態(tài)時(shí)空時(shí)，物質(zhì)就與時(shí)空?qǐng)隹赡馨l(fā)生作用、有能量的交換。暗能量推動(dòng)宇宙膨脹，進(jìn)而帶動(dòng)宇宙萬(wàn)物抗衡萬(wàn)有引力；現(xiàn)在的狀況是膨脹占主導(dǎo)因素，所以天體星系隨著宇宙空間的膨脹向外奔離，其越遠(yuǎn)的星系退行的速度越快。

宇宙膨脹并帶動(dòng)星系退行的情景，就像橡皮帶拉長(zhǎng)的過(guò)程一樣。把一條橡皮帶勻速拉長(zhǎng)，其上面等距離的依次三點(diǎn)A、B、C勻速分離；但從A看C，C的速度大于B的速度。

如果我們?cè)谙鹌戏乓恍┪矬w，這些物體彼此之間有相互的作用(如碰撞等等)，它們和橡皮帶之間也存在相互作用。從整體效果來(lái)看，最終這些物體大部分會(huì)隨著橡皮帶拉長(zhǎng)而遠(yuǎn)離。

橡皮帶的變長(zhǎng)，是橡皮帶自身物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，橡皮帶上面的物體可能對(duì)橡皮帶產(chǎn)生影響。但是其一，它的影響不能起決定性作用；其二，它的影響必須通過(guò)，改變橡皮帶自身的物質(zhì)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

宇宙空間的膨脹，雖然比橡皮帶的變長(zhǎng)復(fù)雜的多，但其二者的道理非常類似。宇宙空間自身物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)推動(dòng)宇宙空間膨脹，空間膨脹又帶動(dòng)天體星系向外分離退行。

在宇宙空間膨脹的過(guò)程中，即使天體星系自己不動(dòng)，它們也會(huì)隨著宇宙空間的膨脹一起向外運(yùn)動(dòng)，這就等同于時(shí)空膨脹為物體提供了一個(gè)外力，那這個(gè)外力的施力物體是時(shí)空本身，還是時(shí)空膨脹的拓展者？

其實(shí)在這么深的領(lǐng)域，就不必要追究是誰(shuí)。如果硬要打破砂鍋問(wèn)到底的話，我猜想應(yīng)該是時(shí)空?qǐng)觥Ｒ驗(yàn)閷?dǎo)致時(shí)空膨脹的是暗能量，而暗能量又不和一般的天體物質(zhì)發(fā)生作用；另外時(shí)空是物質(zhì)的產(chǎn)物，時(shí)空不是空曠的時(shí)空，是滲透了質(zhì)能的膨脹時(shí)空，即時(shí)空?qǐng)?。故時(shí)空?qǐng)鰬?yīng)該作為施力物體。暗能量在運(yùn)作時(shí)空膨脹的過(guò)程中，把自身轉(zhuǎn)化成時(shí)空的能量場(chǎng)；然后時(shí)空?qǐng)龊臀矬w在相互作用的過(guò)程中，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化，從而使天體星系分離退行。

物質(zhì)的內(nèi)因決定該物質(zhì)的一切，外因通過(guò)內(nèi)因可以影響其物質(zhì)，但影響是有限的。宇宙空間的膨脹，是宇宙自身物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)和演化結(jié)果。膨脹的宇宙空間與萬(wàn)有引力的抗衡中，帶動(dòng)宇宙中的萬(wàn)物向外擴(kuò)張；宇宙萬(wàn)物反過(guò)來(lái)，又影響著宇宙的運(yùn)動(dòng)與演化。宇宙現(xiàn)在一直在膨脹，這樣膨脹下去，最后會(huì)是一個(gè)怎樣的結(jié)果呢？只有膨脹因子方可知曉。

能子源版權(quán)，違之必究（包括圖片在內(nèi)）！