对于哈勃定律的理解

      所有人对哈勃定律都有一个常识性的了解：其他星系在离我们远去，而且远行速度 v 的大小与它离我们的距离 l 成正比：v=H_0*l，其中 H_0 称为哈勃常数。但是可能大多数人与我一样，对于其怎么倒推得到宇宙膨胀不清楚。听到"哈勃常数其实不是常数"，恐怕更是一头雾水了。


      而原因在于，哈勃定律虽然称其为定律，却与我们一般认为的定律有所不同。对于胡克定律： F=k*x ，弹簧之所以表现出弹力是因为它发生了形变，我们可以说因为弹簧发生形变，所以有了弹力。对于万有引力定律： F=G*m*M/r^2 ，之所以两个物体之间存在万有引力是因为这两个物体存在质量。如果物体的质量增大，万有引力也增大；如果距离增大，则万有引力减小。因此，我们可能会这样解释哈勃定律：存在某种原因，使得一个星系离我们越远，它远离我们的速度就越快，因此，一个星系不断地远离我们，而它远离我们的速度也会变得越来越快，越来越快。


      然而情况不是这样。设想在某个时刻，有两个星系甲和乙，甲星系离我们近一些，乙星系离我们远一些。它们都在远离我们，甲星系慢一些，乙星系快一些。然后过了一段时间，甲星系离我们的距离成为原先乙星系离我们的距离，当然乙星系跑得就更远了。这时，甲星系远离我们的速度，与原先乙星系远离我们的速度一样么？答案是，不一样。甲星系还是原来的速度，乙星系其实也一样。宇宙中不存在让所有星系都越跑越快的原因。相反，存在让星系保持原来速度的机制：绝大部分星系之间距离太远，万有引力起不到作用。


      哈勃定律的含义是，星系远离我们的速度大小与它们离我们的距离成正比。这句话在任何时间都是成立的；但是在不同时间，这个比例系数并不相同。所以我们说哈勃常数，并不是一个"常数"。空间上，他对所有的星系都适用，因而是常数；但是时间上，它是不断变化的，当然变化的很慢。


      如果我们近似认为星系一直是做匀速直线运动，自然得到的推论是，所有星系似乎都是从过去的某个时刻从我们这里"发射"出去的。之所以我们现在看到它们远离我们的速度与距离成正比，是因为最初"发射"时的速度不同，然后经过了相同的时间，它们到达了不同的距离。如果我们把 v=H_0*l 写作 l=v*(1/H_0) ，就可以看到某种因果关系了。我们今天看到一个星系距离我们更远，那是因为它当初离开我们时的速度更快。而 1/H_0 就是从最初的"发射"距离现在的时间。而这个时间就应该大致是宇宙的年龄。1/H_0 被称为哈勃时间。因为宇宙寿命是不断变大的——因为时间是不断向前流逝的，所以哈勃常数 H_0 是不断变小的。


      假设匀速直线运动的话，就需要这样的支撑：星系是在"发射"之后，也就是宇宙大爆炸之后，很快形成的；而且最好是在宇宙大爆炸之后的很短时间内星系之间的距离就变得足够大（使得相互之间的万有引力得以忽略），而之后保持现在的速度。思路应该是这样的。


      我们看到其他星系远离我们的速度与距离成正比，而其他星系以自身看来，也会有同样的结论，它们会发现各自发现"其他"星系远离它们的速度与到它们距离成正比。所以我们认为它们是从我们这里"发射"出去的，而它们也都会认为是从自己那里"发射"出去的。当然这里隐含的要求是，宇宙空间是无限的。


      我说的只是我知道的和我以为的。


(更新：这篇文章极烂，说它错都是抬举它。完全是胡说八道，请务必无视。十分道歉。我今后如果要贴类似主题的东西，一定会更加慎重。

2011.3.12)