神马文学网为什么宇宙模型会是球形的
来源：百度文库 编辑：神马文学网 时间：2024/04/30 03:30:15
为什么宇宙模型会是球形的
——回复在科学论坛宇宙奥秘中温州闲人的提问
笔者在科学论坛中于2010年3月30日发了“人类历史上的首个宇宙仪”主题帖，时隔两个月之后的今天（6月4日）有个叫温州闲人的朋友向楼主提问，具体提问内容如下（http://bbs.kepu.net.cn/read.php?tid=72041）：
请问楼主：为什么宇宙模型会是球形的呢？对于处在低韦度的星系，何以抗拒宇宙中心的万有引力吸引的作用呢？因此, 球形的宇宙, 没有运动产生足够的惠更斯离心力以抗拒牛顿相互引力而是不稳定的。据说星系团、以及大星系团都是以涡漩星系的形状存在的、而宇宙的模型又何尝不是呢？在宇宙里，静止是相对的，运动才是绝对的。也只有运动才能产生：速度侧向既是相对几何离心力、又是相触向心力。于是就有了毫无拉力可言的流体涡漩——台风和龙卷风等，要不然，有哪个已知的自然力为既有抗拉力（即负压强)又有抗压力（即运动离心力)的流体涡漩力买单呢？！
真高兴看到朋友的提问。谢谢！这位朋友其实提出了两个问题，一个问题是宇宙模型为什么会是球形的问题，另一个问题是球形宇宙的稳定性问题。其实，前一个问题应该属于《解析宇宙学》所研究的问题，而后一个问题应该属于《宇宙力学》所研究的问题。
本人先就前一个问题回答如下：
是啊，为什么宇宙模型会是球形的呢？这要从周坚红移定律说起。
那么，什么是周坚红移定律呢？周坚红移定律就是光（电磁辐射）的传播规律，即光（电磁辐射）在传播过程中的传播距离r与宇宙学红移z成正比，与宇宙学红移加1的和成反比的一个自然规律，其中有一个为α的比例常数，称之为宇宙学红移常数，其数学表达式是r=z/α（1+z），其中，r是单位为Mpc的光（电磁辐射）的传播距离，z是宇宙学红移，α是宇宙学红移常数，即α=0.000236830508 /Mpc。在宇宙学红移很小很小的情况下，周坚红移定律就演变为r=z/α=cz/H0，这就是哈勃定律的形式，但这里所指的红移是由光（电磁辐射）在传播过程中的能量消耗所引起的宇宙学红移而不是由光源相对运动所引起的多普勒红移。
好了，现在我们知道周坚红移定律是怎么一回事了，至此我们就对它进行分析如下：
1当宇宙学红移z很小很小的时候，分母项中的(z+1)项近似等于1，于是周坚红移定律就近似表达为光（电磁辐射）的传播距离r只与宇宙学红移z成正比，这与哈勃定律所描述的完全一致，即天体到地球的距离与红移成正比；
2 当宇宙学红移大到趋向于无穷大的时候，分子项z趋向于无穷大，分母项中的(z+1)也趋向于无穷大，致使z/(z+1)项趋向于1，于是周坚红移定律就演变成r=1/α；
3 由于在宇宙学红移大到趋向于无穷大的时候，周坚红移定律中光（电磁辐射）的传播距离r就只与红移常数α成反比，这个距离趋向于一个常数，它的物理意义无可厚非的就是相对观测者所能观测到的极限距离；
4由于红移常数α=0.000236830508 Mpc-1，它的倒数就是4222.4289859155Mpc，换算成光年就是137.7198086257亿光年；
5至此我们就知道了光（电磁辐射）传播的极限距离是4222.4289859155Mpc，换算成光年就是137.7198086257亿光年；
6 由于相对观测者137.7198086257亿光年的半径球面上的光（电磁辐射）传播到球心观测者时候的宇宙学红移都趋向于无穷大，致使在球心上的观测者不可能观测到这个极限球半径球面上的光（电磁辐射），这就使这个极限球半径的球形体成为一个概念性球形体；
7 所幸的是在这个概念球形体中心的观测者能够观测到这个概念球形体中的一个屏障，这个屏障就是美国航空航天局（NASA）的WMAP观测卫星观测到的宇宙微波背景辐射全天彩图；
8 现将这个宇宙微波背景辐射全天彩图按照经纬关系覆盖在这个概念性球形体上就构成相对观测者对宇宙进行观测所能观测到的宇宙情景，将这个所能观测到的宇宙情景按照一定比例缩小就构成这样一个宇宙模型——宇宙仪。
综合而言，这就是为什么宇宙模型会是球形的真正原因，其实，它是相对观测者在宇宙中的任何空间位置上对宇宙进行观测所能观测到的宇宙情景，即相对观测者而言所能观测到的宇宙始终是一个以观测者自己为球心的球半径有限的宇宙球形体，基于周坚红移定律，这个宇宙球形体的极限球半径是4222.4289859155Mpc（137.7198086257亿光年）。