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三、现代宇宙学的诞生
3.1
爱因斯坦的广义相对论与宇宙学
1915年,爱因斯坦在普鲁士科学院连续发表四篇论文,正式宣告广义相对论的诞生。这一理论的横空出世,彻底颠覆了人类对时空与引力的认知,成为现代宇宙学当之无愧的基石。在牛顿经典力学体系中,引力被视为物体间的超距作用,时间与空间则是绝对且独立存在的框架。而爱因斯坦却以惊人的洞察力指出,物质和能量能够扭曲时空结构,就像重物置于弹性薄膜上会使其凹陷,天体的运动实则是沿着被弯曲时空的测地线行进,这种革命性的观点将引力从一种神秘的力转化为时空几何的表现形式。
广义相对论诞生后,爱因斯坦率先将其应用于宇宙学领域。在当时,主流的宇宙观认为宇宙是静态、无限且永恒不变的。为了契合这一认知,爱因斯坦在引力场方程中人为引入了一个宇宙学常数,该常数产生的斥力与物质间的引力相互平衡,从而维持宇宙的稳定状态。他构建的这个静态宇宙模型,虽然在数学形式上实现了自洽,却在物理层面埋下了隐患——宇宙学常数的引入显得过于刻意,仿佛是为了迎合传统观念而强行添加的补丁。
随着天文学观测技术的进步,爱因斯坦静态宇宙模型的缺陷逐渐暴露。1922年,苏联数学家弗里德曼通过求解广义相对论引力场方程,得到了动态宇宙的解,证明宇宙可能处于膨胀或收缩状态；1929年,美国天文学家哈勃观测到星系退行现象,发现星系远离地球的速度与它们和地球的距离成正比,即著名的哈勃定律。这一重大发现确凿无疑地证实了宇宙正在膨胀,直接否定了爱因斯坦的静态宇宙模型。爱因斯坦得知后,懊恼地将宇宙学常数称为自己一生中最大的错误,并放弃了这个人为添加的参数。
然而,广义相对论的价值并未因静态宇宙模型的失败而削减分毫。相反,它为宇宙学研究开辟了全新的道路。科学家们基于广义相对论,构建了一系列动态宇宙模型,如弗里德曼
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勒梅特
