Page 275 - 物质的绝对运动——相对论和量子力学的物理起源

很远，散布在整个无限的空间中。很可能太阳和恒星就是这样形成的，如果这种物质还具有
发光的性质。”牛顿把经典力学的定律、特别是万有引力定律运用于宇宙空间，从而建立了
均匀、静止和无限的宇宙模型，使布鲁诺以来的宇宙无限论得到普及，自此以后，大部分科
学家和哲学家都相信物质世界是无限的和永恒的。到了十八世纪中叶，人们已经知道，当时
视力所及的恒星所组成的银河系也只是宇宙的一部分。康德和他同时代的一些天文学家认
为，宇宙是无数象银河系一样的天体系统构成的总体,这些天体系统当时被称为“宇宙岛”,
就是我们现在所说的星系。人类的视野就此从银河系扩展到河外星系。现在我们知道，这些
星系在宇宙中是成团分布的,组成星系群、星系团和超星系团。现代宇宙学所研究的对象是
人们现在能够观侧到的星系集合作为整体的运动规律,这个整体被称之为总星系。人类的视
野至今还限于总星系之内而没有超越它的边界，这是人类迄今所知的宇宙的最大层次。
牛顿的无限宇宙模型受牛顿的绝对时空观的影响，认为宇宙物质存在于无限的绝对空间
中，时间的流逝也是单调、绝对的，这样的宇宙观带有机械论色彩，并存在种种疑难问题，
这些问题在十九世纪已经被天文学家提出来了。一个是奥柏斯佯谬:在无限的宇宙中均匀分
布的发光天体会使天空背景的亮度达到无穷大,即使考虑到恒星的自遮光效应,夜空也应比
现在的白昼明亮得多，这是同实际观测结果相矛盾的。另一个是西利格佯谬:在无限宇宙中
的引力势应该也是无穷大，而我们在研究局部天体运动时却把无限远处的引力势设定为零，
这又是一个矛盾。为了解决这些矛盾，科学家和天文学家提出了一些新的宇宙模型。譬如，
1908 年瑞典天文学家沙利尔（Carl Ludwig Charlier）提出的无限等级式宇宙模型认为，无限
的宇宙可分为无数等级式的层次，从小到大依次以 1、2、3 ……表示，他的研究证明，如
果第 n+1 个层次同第 n 个层次的天体系统在尺度上的大小之比大于每个第 n+1 层次的天体
系统中所包含的第 n 层次的天体系统的数目（N）的平方根,即

R n1  N
R n

那么，就不会导致奥柏斯佯谬。而且，当
R n1  N

R n

时，还可以避免西利格佯谬。
20 世纪初，相对论的诞生不仅改变了人类的时空观，而且引起了人类宇宙观的重大变
革。1917 年，爱因斯坦发表了《根据广义相对论对宇宙学所作的考查》一文，这是现代宇
宙学的开篇之作，他在文中断言：宇宙“就其空间的广延而言，可以理解为一个具有有限空
间（三维的）体积的自身闭合的连续区”，此即意为宇宙有限而闭合。爱因斯坦的广义相对
论的宇宙模型用正曲率的黎曼空间代替了平直的欧几里得空间，认为宇宙存在于闭合的三维
球面空间,体积有限而没有边界。但是,爱因斯坦发现这样的宇宙是不稳定的，于是他在引力
场方程中引入了一个宇宙学常数，从而得到了一个静态的相对论宇宙模型。从 20 世纪 20
年代起，在爱因斯坦的宇宙学考查基础上，一些相对论宇宙模型竞相迭起，德西特（Willem

de Sitter）、弗里德曼和勒梅特（Lemaitre Georges）等人相继提出了动态的相对论宇宙模型。
这些模型有一个相同的结论，即宇宙正在膨胀。1929 年哈勃用膨胀宇宙理论来解释当时观
测发现的河外星系红移现象,使相对论的动态宇宙模型得到天文观测事实的支持。膨胀的宇
宙，物体彼此远离，换言之，如果逆着时间 t 往前追溯，早期宇宙应比现在体积更小、密度
更大，由此可以假设，宇宙可能有一个起始点 t=0,其时宇宙“半径”R=0，即宇宙可能是从
时空零点中爆发出来的。四十年代末,伽莫夫依据弗里德曼、勒梅特和哈勃的观点，研究了
膨胀宇宙的早期状态，进一步提出了热大爆炸宇宙理论。认为宇宙是从一个很小的范围膨胀

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