宇宙的“宇宙模型”之說

幾年之後，一個名不見經傳的前蘇聯數學家弗利德曼，應用不加宇宙項的場方程，得到一個膨脹的或脈動的宇宙模型。弗利德曼宇宙在三維空間上也是均勻、各向同性的，但是，它不是靜態的。這個宇宙模型隨時間變化，分三種情況。第一種情況，三維空間的曲率是負的；第二種情況，三維空間的曲率為零，也就是說，三維空間是平直的；第三種情況，三維空間的曲率是正的。前兩種情況，宇宙不停地膨脹；第三種情況，宇宙先膨脹，達到一個極大值後開始收縮，然後再膨脹，再收縮……因此第三種宇宙是脈動的。弗利德曼的宇宙最初發表在一個不太著名的雜誌上。後來，西歐一些數學家物理學家得到類似的宇宙模型。愛因斯坦得知這類膨脹或脈動的宇宙模型後，十分興奮。他認為自己的模型不好，應該放棄，弗利德曼模型才是正確的宇宙模型。

同時，愛因斯坦宣稱，自己在廣義相對論的場方程上加宇宙項是錯誤的，場方程不應該含有宇宙項，而應該是原來的老樣子。但是，宇宙項就像“天方夜譚”中從瓶子裏放出的魔鬼再也收不回去了。後人沒有理睬愛因斯坦的意見，繼續討論宇宙項的意義。今天，廣義相對論的場方程有兩種，一種不含宇宙項；另一種含宇宙項，都在專家們的應用和研究中。

早在1910年前後，天文學家就發現大多數星係的光譜有紅移現象，個別星係的光譜還有紫移現象。這些現象可以用多普勒效應來解釋。遠離我們而去的光源發出的光，我們收到時會感到其頻率降低，波長變長，並出現光譜線紅移的現象，即光譜線向長波方向移動的現象。反之，向著我們迎麵而來的光源，光譜線會向短波方向移動，出現紫移現象。這種現象與聲音的多普勒效應相似。許多人都有過這樣的感受：迎麵而來的火車其鳴笛聲特別尖銳刺耳遠離我們而去的火車其鳴笛聲則明顯遲鈍。這就是聲波的多普勒效應，迎麵而來的聲源發出的聲波，我們感到其頻率升高，遠離我們而去的聲源發出的聲波，我們則感到其頻率降低。

如果認為星係的紅移、紫移是多普勒效應，那麽大多數星係都在遠離我們，隻有個別星係向我們靠近。隨之進行的研究發現，那些個別向我們靠近的紫移星係，都在我們自己的本星係團中(我們銀河係所在的星係團稱本星係團)。本星係團中的星係：多數紅移，少數紫移；而其他星係團中的星係就全是紅移了。

1929年，美國天文學家哈勃總結了當時的一些觀測數據，提出一條經驗規律，河外星係(即我們銀河係之外的其他銀河係)的紅移大小正比於它們離開我們銀河係中心的距離。由於多普勒效應的紅移量與光源的速度成正比。所以，上述定律又表述為：河外星係的退行速度與它們離我們的距離成正比：

V=HD

式中V是河外星係的退行速度，D是它們到我們銀河係中心的距離。這個定律稱為哈勃定律，比例常數H稱為哈勃常數。按照哈勃定律，所有的河外星係都在遠離我們，而且，離我們越遠的河外星係，逃離得越快。

哈勃定律反映的規律與宇宙膨脹理論正好相符。個別星係的紫移可以這樣解釋：本星係團內部各星係要圍繞它們的共同重心轉動，因此總會有少數星係在一定時間內向我們的銀河係靠近。這種紫移現象與整體的宇宙膨脹無關。

哈勃定律大大支持了弗利德曼的宇宙模型。不過，如果查看一下當年哈勃得出定律時所用的數據圖，人們會感到驚訝。在距離與紅移量的關係圖中，哈勃標出的點並不集中在一條直線附近，而是比較分散的。哈勃怎麽敢於斷定這些點應該描繪成一條直線呢?一個可能的答案是：哈勃抓住了規律的本質，拋開了細節；另一個可能是，哈勃已經知道當時的宇宙膨脹理論，所以大膽認為自己的觀測與該理論一致。以後的觀測數據越來越精，數據圖中的點也越來越集中在直線附近，哈勃定律終於被大量實驗觀測所確認。