2现(xian)代宇(yu)宙学的兴起(qi)
红移(yi)带来了(le)(le)(le)(le)宇宙学研究的(de)(de)勃兴(xing)，但(dan)现代宇宙学的(de)(de)源头还得从牛顿宇宙学讲起。在牛顿世界里，空(kong)间和时间都是(shi)无(wu)限(xian)的(de)(de)。但(dan)空(kong)间的(de)(de)无(wu)限(xian)性却带来了(le)(le)(le)(le)许多佯(yang)谬(miu)(miu)(miu)，首先一(yi)(yi)(yi)(yi)个佯(yang)谬(miu)(miu)(miu)是(shi)所谓夜黑佯(yang)谬(miu)(miu)(miu)，它(ta)是(shi)由德(de)国天文学家奥(ao)尔伯(bo)斯(si)(si)(1758—1840)于(yu)1820年(nian)提出的(de)(de)，有时也称奥(ao)尔伯(bo)斯(si)(si)佯(yang)谬(miu)(miu)(miu)。它(ta)指(zhi)出，如果太空(kong)中均匀(yun)地(di)分布着无(wu)穷多个恒(heng)(heng)星(xing)，那么宇宙中任(ren)一(yi)(yi)(yi)(yi)点(dian)将(jiang)会感受到(dao)无(wu)穷大(da)(da)的(de)(de)亮度，考虑(lv)到(dao)恒(heng)(heng)星(xing)之间的(de)(de)相互(hu)遮光之后，这一(yi)(yi)(yi)(yi)亮度可以(yi)变成(cheng)一(yi)(yi)(yi)(yi)个有限(xian)值，但(dan)相当恒(heng)(heng)定，这就是(shi)说，夜空(kong)也将(jiang)有一(yi)(yi)(yi)(yi)个均匀(yun)的(de)(de)亮度，而不(bu)(bu)是(shi)黑的(de)(de)。这一(yi)(yi)(yi)(yi)推论显(xian)然(ran)与事实不(bu)(bu)符，因此(ci)构成(cheng)了(le)(le)(le)(le)佯(yang)谬(miu)(miu)(miu)。奥(ao)尔伯(bo)斯(si)(si)本(ben)人提出了(le)(le)(le)(le)解(jie)释佯(yang)谬(miu)(miu)(miu)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)种(zhong)方法(fa)，即星(xing)际尘埃遮住了(le)(le)(le)(le)大(da)(da)部分星(xing)光。但(dan)这一(yi)(yi)(yi)(yi)解(jie)释是(shi)不(bu)(bu)够的(de)(de)，无(wu)限(xian)宇宙在物理上面临困难(nan)。
1917年，也(ye)就是(shi)广(guang)(guang)义(yi)相(xiang)对(dui)论提出(chu)的(de)(de)次(ci)年，爱因(yin)斯坦(tan)发表(biao)了(le)《根据(ju)广(guang)(guang)义(yi)相(xiang)对(dui)论对(dui)宇(yu)宙(zhou)(zhou)学所作的(de)(de)考查》一(yi)(yi)(yi)(yi)文，将(jiang)广(guang)(guang)义(yi)相(xiang)对(dui)论用于宇(yu)宙(zhou)(zhou)学问(wen)题，并建立(li)了(le)一(yi)(yi)(yi)(yi)个(ge)有(you)限无边的(de)(de)静(jing)态(tai)宇(yu)宙(zhou)(zhou)模(mo)型。这个(ge)模(mo)型有(you)两(liang)大特(te)征(zheng)，第一(yi)(yi)(yi)(yi)，它是(shi)有(you)限无边的(de)(de)，第二(er)，它是(shi)静(jing)态(tai)的(de)(de)。前一(yi)(yi)(yi)(yi)特(te)征(zheng)来(lai)(lai)源于广(guang)(guang)义(yi)相(xiang)对(dui)论。在(zai)相(xiang)对(dui)论看来(lai)(lai)，有(you)物(wu)质(zhi)存在(zai)就会出(chu)现时(shi)空弯曲，整个(ge)宇(yu)宙(zhou)(zhou)的(de)(de)平均物(wu)质(zhi)密度不为零，那(nei)么(me)，它整体上(shang)必然是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)个(ge)封(feng)闭的(de)(de)体系，它是(shi)有(you)限的(de)(de)，但(dan)没(mei)有(you)边界、没(mei)有(you)尽头(tou)，就像二(er)维(wei)球面是(shi)一(yi)(yi)(yi)(yi)个(ge)有(you)限但(dan)无边的(de)(de)二(er)维(wei)空间一(yi)(yi)(yi)(yi)样。后一(yi)(yi)(yi)(yi)特(te)征(zheng)来(lai)(lai)自爱因(yin)斯坦(tan)的(de)(de)一(yi)(yi)(yi)(yi)时(shi)猜想(xiang)，他当时(shi)相(xiang)信(xin)，宇(yu)宙(zhou)(zhou)整体上(shang)应(ying)该是(shi)静(jing)态(tai)的(de)(de)，但(dan)他的(de)(de)引力(li)场方(fang)程只能得出(chu)一(yi)(yi)(yi)(yi)个(ge)动态(tai)解(jie)，所以他人为地加(jia)了(le)一(yi)(yi)(yi)(yi)个(ge)宇(yu)宙(zhou)(zhou)常数，以维(wei)持宇(yu)宙(zhou)(zhou)的(de)(de)静(jing)态(tai)的(de)(de)。
爱因斯(si)坦的(de)广义相对论出(chu)(chu)来之后，马上就有(you)许多人据此(ci)构造(zao)宇(yu)宙(zhou)模(mo)型。几乎与(yu)爱因斯(si)坦同时，荷兰(lan)天文(wen)学(xue)家德(de)(de)西特得出(chu)(chu)了一个膨胀(zhang)的(de)宇(yu)宙(zhou)模(mo)型。1922年(nian)，苏联物理(li)学(xue)家弗里德(de)(de)曼(man)得出(chu)(chu)了均匀(yun)各向(xiang)同性的(de)膨胀(zhang)或收(shou)缩(suo)模(mo)型。1927年(nian)，比(bi)利时天文(wen)学(xue)家勒(le)梅特再次独立地得到(dao)这一模(mo)型。后来人们发(fa)现，基于(yu)爱因斯(si)坦的(de)引力场(chang)方(fang)程(cheng)所得到(dao)的(de)宇(yu)宙(zhou)模(mo)型必定是动态的(de)，或者膨胀(zhang)，或者收(shou)缩(suo)，而且(qie)膨胀(zhang)和(he)收(shou)缩(suo)的(de)速(su)度与(yu)距离成(cheng)正比(bi)。
以弗里(li)德曼模型(xing)为(wei)(wei)(wei)代表的(de)(de)相对论宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)学一(yi)(yi)开(kai)始并不(bu)为(wei)(wei)(wei)人(ren)重视，因(yin)(yin)为(wei)(wei)(wei)它主(zhu)要(yao)是(shi)一(yi)(yi)些数(shu)学推导，看(kan)不(bu)到物理内容。到了(le)1929年，情况(kuang)发(fa)生(sheng)了(le)变化(hua)。哈(ha)勃(bo)定律公布(bu)后，人(ren)们才惊(jing)喜(xi)地(di)发(fa)现(xian)，它所展示(shi)的(de)(de)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)大尺度膨胀现(xian)象正是(shi)弗里(li)德曼模型(xing)所预(yu)言(yan)了(le)的(de)(de)。科(ke)学界一(yi)(yi)下(xia)子被震动了(le)，原(yuan)来研究整个宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)的(de)(de)宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)学确实是(shi)可能(neng)的(de)(de)，它的(de)(de)预(yu)言(yan)居然(ran)被证实了(le)。作为(wei)(wei)(wei)相对论宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)学之鼻祖的(de)(de)爱因(yin)(yin)斯(si)坦也为(wei)(wei)(wei)这一(yi)(yi)发(fa)现(xian)欢呼，认为(wei)(wei)(wei)自己(ji)在宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)模型(xing)中人(ren)为(wei)(wei)(wei)地(di)引进宇(yu)(yu)宙(zhou)(zhou)常数(shu)是(shi)犯下(xia)了(le)一(yi)(yi)个大错误(wu)。
宇宙(zhou)学变得热闹(nao)起(qi)来(lai)了。人们想(xiang)到，既(ji)然宇宙(zhou)是(shi)膨胀的(de)，那(nei)么越往早去，宇宙(zhou)体积就越小，在某一个时间(jian)之前，宇宙(zhou)就应该极(ji)为密(mi)集，现(xian)有的(de)天(tian)体都不可能以现(xian)在的(de)状态(tai)存在。照哈勃当时提供的(de)数据估计，这个时间(jian)大概(gai)是(shi)20亿年(nian)。
事有凑巧，当(dang)时的地质学已经(jing)能够(gou)利(li)用放射(she)性同位素来测定地球上岩石(shi)的年(nian)龄，初步估(gu)计(ji)，大约是(shi)20亿～50亿年(nian)。相比之下，宇宙膨胀的年(nian)限也太短了。这(zhei)(zhei)使(shi)许(xu)多宇宙学家感到很为难，爱因(yin)斯(si)坦也表(biao)态了：“既然由(you)这(zhei)(zhei)些矿物(wu)所测定的年(nian)龄在任何(he)(he)方(fang)面都是(shi)可靠的，那(nei)么，如果发觉这(zhei)(zhei)里所提出(chu)的宇宙学理(li)论同任何(he)(he)这(zhei)(zhei)样(yang)的结果有矛盾，它就(jiu)要被推翻。”
为(wei)(wei)了(le)既保留宇(yu)宙(zhou)膨(peng)胀(zhang)的观念(nian)，又回避年龄(ling)困难(nan)，英国(guo)天文学(xue)家邦迪(di)、哥(ge)尔(er)得和(he)霍(huo)伊(yi)尔(er)在(zai)1948年分别(bie)提出了(le)稳恒态宇(yu)宙(zhou)模型。他(ta)们认为(wei)(wei)，宇(yu)宙(zhou)虽然在(zai)不断膨(peng)胀(zhang)，但(dan)其中的物质密(mi)度并不变小(xiao)，因为(wei)(wei)有物质不断地凭空产生(sheng)出来。由于(yu)物质密(mi)度不变，所以不存在(zai)一个宇(yu)宙(zhou)的密(mi)集时期，因而也(ye)不存在(zai)星体的年龄(ling)上限问(wen)题。
稳恒态宇宙模型预言了一个极其微小的物质产生率，它在地面实验室里无法验证，但可以通过天文观测检验，因为如果宇宙是稳恒的，那么恒星的分布密度应该是不变的，在地球上的所有天文观测都有一个特点，它完全依赖电磁信号(光是其中最重要的一种)，而电磁信号的传播需要时间，因此，你看到的越远也就看得越古老，其空间分布就是时间分布。如果恒星的空间分布是均匀的，那就意味着它在时间上是稳恒的。反之，就不稳恒。通过30年代的星系计数和60年代的射电源计数，结论有了，天体的空间分布是不均匀的。这就是说，稳恒态宇宙模型有问题。
