观测证据是否显示宇宙正在膨胀？——第一部分：在时间膨胀的情况之下外文翻译资料

观测证据是否显示宇宙正在膨胀？——第一部分：在时间膨胀的情况之下

原文作者：John Hartnett

摘要：在20世纪20年代末，哈勃发现了星系的距离与红移之间的关系，这一规律现在被称作“哈勃定律”，它可以用宇宙膨胀来解释。从时间膨胀的类星体和伽玛射线爆发的光度变化来考察，这种说法缺乏必要的证据，从其他方面的证据来看也是如此。

自从20世纪20年代末，当爱德温·哈勃发现了来自邻近星系的光线红移和星系的距离之间的一个简单的比例关系，我们被告知：宇宙正在膨胀。这种关系——被称为哈勃定律——自此不断加强并扩大到了宇宙中非常远的距离。现在它被看作是不断膨胀的大爆炸宇宙的已经建立的物理规律。这意味着包含了星系的宇宙空间正在膨胀，并且本质上星系在宇宙中是静止的，但是它们随着宇宙的膨胀被拖拽分离。

最初哈勃把他的红移解释为多普勒效应，由于星系的运动就像它们冲出并远离我们在宇宙中的位置。他称这是一个“多普勒效应”，仿佛星系移动只是“穿过空间”——而空间本身没有扩大，这也就是为什么有些人，特别是天文学家，最初感知到了它。这不同于现已被接受的，但观察不能单独区分这两个概念之间。后来在哈有了不同于他最初的解释，他说哈勃定律是由于迄今尚未发现的机制所形成的，但不是由于空间的膨胀——现在被称为宇宙论的张。

这个大爆炸膨胀的宇宙模型本质上给出了一致性的范式或者是解释性的框架，原则上，为大范围的问题提供答案是宇宙论的关键；比如银河系外红移的起源，宇宙的动力学状态（也就是,并不是重力在崩溃），奥伯斯佯谬（为什么夜晚天是黑的），宇宙微波背景辐射的起源，星系的起源和元素的起源。事实上，它对于一些问题的答案，目前是不充足的或缺乏说服力的不能变基本的观点，这样的模式将总是优先于较有限的模型如静态欧几里德宇宙，它并不试图去解释这样的一些问题。从这个层面来说，不管某人的神学地位，大爆炸模型必然是更可取的。

然而，迄今为止还没有实验性的本地实验证据表明，宇宙的扩张是一个真实的现象。即使它可以源自爱因斯坦的广义相对论结果，它一直声称一些被视为一个捏造的因素的疲弱的标准Lambda冷暗物质（Lambda;CDM）大爆炸模型所支持，对大爆炸起源和结构宇宙来讲它也被称为一致性模型。本文比较了支持和反对大爆炸观点的证据。将它余一个静态的宇宙相比也是必须要的。

必须在一开始就表示，哈勃定律可以从源自广义相对论，用适当的能量——动量、张量和度量选择。而且广义相对论已经成功的被在太阳系的大量的测试所检验，这对于它是一个强有力的支持。不过，这并没有证明它，除非可以产生一个在静态的宇宙建立哈勃定律的物理机制，这时，这一事实将支持膨胀的宇宙，稳定性问题反对引力坍缩也显著的支持一致性模型，这一模型在其构架中自然的包含了引力效应。静态欧几里德模型中，在一个很长的时间尺度下我们假设，坍塌发生，或者假设其他一些力量场抵消引力;也不是一个特别有吸引力的选择。

物理上的证据

宇宙膨胀的所有证据来自于宇宙本身。超新星（爆发的恒星；见图1）是夜空中最亮的光源。天体物理学家认为，利用已知的物理学他们已经成功地了解了这些爆炸中的某一类的起源，包括广义相对论；某处的一颗白矮星，从伴星积累足够的质量后，达到临界极限，以一种突然的刺亮灾难性的爆发。爆炸后的亮度急速增加，达到一个高峰，然后随着时间流逝慢慢的下降。通过模拟我们可以明白爆炸的峰值的固有亮度是怎样的，据此“标准烛光”可以被建立，它们是某一类特定的超新星。该理论认为，所有1a型超新星的爆炸峰值的固有亮度都是相同的，这可以从它们光谱中的金属含量来鉴别。这意味着，如果你知道超新星的固有亮度，你就可以确定它们在宇宙中的位置距离。然后，利用他们的寄主星系的红移和哈勃红移——距离的关系（见图2），这一起源于标准宇宙学的距离系数，这一理论

图 1

图 2

可以通过物质密度测试。暗能量密度和哈勃常数（H₀）作为唯一的自由参数。

由这一依据出发天文学家不仅声称宇宙不仅正在膨胀，而且正在加速膨胀。为了使他们的观测结果与标准的宇宙学相符，他们不得不使宇宙常数为非零值以增加暗能量，又显著的增加大量暗物质。合起来，这些大约占了宇宙总质量—能量的96%，虽然他们任然是未知的物质。然而，如果没有他们 ，Lambda;CDM大爆炸模型对于观测到的光度的描述将严重失败。

宇宙扩张的后果之一是时间膨胀。当光线弯曲，其显示了超新星爆炸时的光度涨落。由于时间膨胀是相对于地球上的观察者，与不断增加的红移量相比，他们的时间轴线应该被拉伸。换句话说，随着时间流逝的进程，遥远的宇宙时间相对于地球的时间正在变慢。也就是，当我们从地球上观测的时候所看到的那样（见图3）。这种时间扩张效应，可以从这一类超新星的光线弯曲清楚地被观测到，并且它也是扩张的确切证据。到目前为止，还没有从类星体的亮度变化上观测到时间膨胀，这一结论是基于它们的红移是在非常大的距离和哈勃定律。这些相互矛盾的观点是如何被调和一致的呢？

图 3

除此之外，还有证据表明，一些类星体显然是与具有较低的红移星系有联系，只有这些类星体不是位于他们的红移距离，但位于它们附近时这一说法才可以被统一。而事实上，观察到的类星体的一定程度上的运动确实给我们带来了疑问，这就是：基于它们的红移，其中至少有一些不是在假定宇宙学距离上。这意味着，有很大一部分类星体的红移必须是由一些尚不清楚的非宇宙成因所造成的，也就是说，并不是由于膨胀的宇宙空间。如果被证实，这将对标准模型非常不利。

考虑到宇宙膨胀假说的历史，有关形成这些理论的证据负担确实应该暂停。哈勃首先想到：星系红移是由于多普勒效应（星系运动只是穿过空间），但随着宇宙学的发展，一些理论上的成果显示这种效应由于空间膨胀经过光子从发射器飞行到接收器的一个时期。因此它被称作宇宙论的膨胀。而事实是这种观点声称是要独立于发射源。如果独立，那么这意味着该红移的起源是来自处于飞行的光子从源到接收器的这一进程。对这一观点而言，空间扩展的本身是最大的争论。

这个问题必须被质问，是什么物理上的证据让我们确认宇宙正在膨胀？在2003年Loacute;pez- Corredoira回顾了有关与此的证据和关于今天的宇宙学的其它问题。

时间扩张的证据

1a型超新星

对于1a型超新星（SN）的测量是对膨胀的宇宙的最好的证据。在1998年两个独立的研究小组（超新星宇宙学项目和高红移超新星搜索）宣称宇宙不仅正在膨胀而且还是在加速膨胀。他们研究了某一类超新星和它的光变曲线——爆炸光度的亮度及随后的衰变。他们相对于绝对星等的峰值亮度或峰值光度(MB ~ -2.5 log(L))，这被认为是某一类超新星的本征亮度。

来自光源红移的光曲线根据伸缩的因素w= s(1 z)进行了调整，这是把时间膨胀作为时期的函数（z）。这从根本上要求一个膨胀的宇宙。事实上，这是它要求需要提供的唯一的红移机制。依本人的知识来看时间扩张因素是我们将宇宙设定在一个非静态的膨胀中的宇宙的唯一证据。哈勃定律——关于星系的红移量和它的视星等（到发光体的距离）之间的关系——对于建立一个扩张的宇宙来说，这个依据并不充分。理论上还有其他可能的红移机制，最近的一个学者编集了31种机制，对大红移与距离之间的关系给出了一种定量的描述。

随着超新星的光变曲线的分析，对伸缩因素（W）的更正，仅仅取决于我们的手中。一项加入了很多束缚因素的研究结果发现光变曲线正比于(1 z)^b这里 b = 1.07 plusmn; 0.06。这似乎是被看作是关于时间膨胀的决定性的尺寸，这里b对于整体应该是一致的。然而，基于光变曲线的时间可能依赖于超新星的固有亮度（s）,可能与被认同的红移有很大的不同，这有可能使该理论面临批评。（参见15），可以对此有一个很好的回顾，Crawford提出了一个相似的观点：

自从现在的研究者假设1a型超新星本质上具有完全适合于大爆炸（标准的Lambda;CDM宇宙学）的星等（可能对伸缩因素有更正），他们所使用的标准之一是：反对预言星等的绝对峰值超出一个相当狭窄的范围的任何候选项。本质上的一点是：这一绝对星等是利用大爆炸模型计算出来的。因此，对于候选项的选择是依赖于大爆炸模型的光度距离系数[这一点非常重要]。

外文文献出处：JOURNAL OF CREATION 25(3) 2011

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