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科普慕课|红移如何成为宇宙膨胀的“可视化证据”

来源:光明网2025-10-28 16:37

  你是否曾仰望星空,思索这一切从何而来?

  现代宇宙学告诉我们,万物始于约138亿年前一个炽热致密的奇点——宇宙大爆炸。随后宇宙不断膨胀冷却,在38万年后释放出第一缕光,形成了至今仍可探测的宇宙微波背景辐射,它如同宇宙的婴儿照,蕴藏着星系形成的秘密。更关键的是,科学家发现宇宙仍在加速膨胀。

  日前,2011年诺⻉尔物理学奖获得者布莱恩·施密特在上海科普大讲坛带来主题为“天文学未解之谜”的讲座。他表示,目前无人知晓大爆炸之前的宇宙状态,但大爆炸之后的演化是可以通过观察研究的。其中“红移”是宇宙膨胀的直接证据,并且通过对比星系的红移(即退行速度)与星系距离,可得出哈勃常数,进而推算宇宙的膨胀速度和年龄。

科普慕课|红移如何成为宇宙膨胀的“可视化证据”

  【内容要点总结

  一、宇宙起源:基于宇宙大爆炸

  起源核心:宇宙源于约138亿年前的宇宙大爆炸,目前无人知晓大爆炸前的宇宙状态,但爆炸后的演化可通过观察研究。

  关键产物:大爆炸约38万年后,产生宇宙微波背景(CMB),其波峰与扰动是大爆炸的直接痕迹,CMB中的物质最终形成星系等天体。

  宇宙透明化:大爆炸初期宇宙极热,冷却膨胀后电子被氢原子捕获,宇宙从“云状不透明”(电子散射光)变为透明。

科普慕课|红移如何成为宇宙膨胀的“可视化证据”

  二、宇宙现状:持续膨胀的证据与结论

  核心结论:通过观测证实,宇宙目前仍在持续膨胀,且星系距离地球越远,退行速度越快。

  推理逻辑:若宇宙当下在膨胀,反向推导可印证“宇宙大爆炸”的合理性——宇宙由最初的致密状态不断扩散至今。

科普慕课|红移如何成为宇宙膨胀的“可视化证据”

  三、关键工具与现象:支撑宇宙研究的核心

  哈勃望远镜

  功能:通过观测恒星亮度判断星系距离(恒星越远,视觉亮度越弱)。

  贡献:1929年结合观测数据,证实星系退行速度与距离的关联,为宇宙膨胀提供直接观测证据。

  红移现象

  发现:1917年被研究者发现,几乎所有星系的光都存在向红光光谱漂移的现象。

  原理:符合多普勒效应,本质是星系远离地球导致光的波长被“拉长”。

  作用:与星系距离数据结合,可计算“哈勃常数”,进而推算宇宙膨胀速度与年龄。

 

  科普中国直播服务团队对本次讲座进行了全程直播,更多内容可点击观看回放。

  科普中国直播|新视野 新宇宙:对话2011年诺贝尔物理学奖得主(https://a-h5-live.neamco.com/cloud/h5/1760416739617076)

  【专家简介

  布莱恩·施密特,2011年诺⻉尔物理学奖获得者、澳⼤利亚官佐勋章获得者、澳⼤利亚科学院院⼠、英国皇家学会院⼠、澳大利亚国立大学教授。布莱恩·施密特因通过观测遥远超新星发现宇宙加速膨胀现象,与索尔·珀尔马特、亚当·里斯共同荣获2011年诺贝尔物理学奖。

  在研究超新星的过程中,他们的研究确定了超新星的运动方式,从而发现宇宙正以不断加速的速率膨胀。这一发现令天体物理学界震惊不已,因为此前普遍认为宇宙膨胀会因反向引力作用而逐渐减弱。

 

  制作:肖春芳 崔雅晴(实习)

 

[ 责编:林佳欣 ]
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