第1个回答 2013-04-21
在近代宇宙学的研究中，除了称为大爆炸模型的标准宇宙模型之外，还有许多非标准模型，其中最有影响的是稳恒态宇宙模型。在大爆炸宇宙模型提出的初期，人们曾根据哈勃常数推算宇宙的年龄，然而由于哈勃常数在测定远距离星系的视星等与红移关系时，采用了造夫变星决定距离的偏差太大，以致得到的哈勃常数太大，由此估算出的宇宙年龄只有20亿年，比地球的寿命还短，这给当时的大爆炸宇宙学说带来不小的困境，为了摆脱困难，稳态宇宙学说应运而生。[1]稳恒态宇宙学是几位年轻的英国天体物理学家邦迪，戈尔德和福雷德·霍伊尔在1948年提出的。他们的观点是：在相对论中时空是统一的，既然宇宙学原理认为所有的空间位置都是等价的，那么所有的时刻也应该是等价的。也就是说，天体(物质)的大尺度分布不但在空间上是均匀的和各向同性的，而且在时间上也应该是不变的。也就是在任何时代，任何位置上观察者看到的宇宙图像在大尺度上都是一样的，这一原理称为"完全宇宙学原理"。[2]宇宙恒稳态理论认为：宇宙的过去，现在和将来基本上处于同一种状态，从结构上说是恒定的，从时间上说是无始无终的。而大爆炸理论认为：宇宙和时间的开始都源起于宇宙中一次巨大的爆炸，这一爆炸造成了现在的各大星系，而各大星系，以及整个宇宙总是处于不断变化，发展的过程之中。 [1]编辑本段理论依据 哈勃望远镜探测示意图稳恒态宇宙学认为宇宙在时间和空间上都是无限的。它主张宇宙从未有过开始，或者更确切地说，宇宙乃是处于连续的创造过程之中。当宇宙膨胀之时，总密度减少，但会创造出更多的物质来使密度升高。因此当宇宙不断地膨胀时，新的物质便连续地在星体中创造出来以填补空隙。新形成的物质就是构成星系的氢。每个新星系团将随着自身的不断膨胀而爆发，但爆发后的碎片又形成更多的新的星系。从新星系形成到老星系爆发，宇宙会不断膨胀。但宇宙的总密度不变。并且总是存在有各种不同年龄的星系。因此，宇宙在任何时期检验都是一样的。尽管个别星系团有所变化，但总体图象是始终如一的。[3]既然时空是统一的，宇宙物质在空间分布是均匀且各向同性的，宇宙在时间上也应是均匀不变的，这就是所谓的“完全宇宙学原理”。根据这一原理，哈勃常数应是一个不随时间变化的常数，宇宙既然不断地在膨胀，同时又要求保持宇宙物质分布上的均衡，且不随时间改变，必然要求物质在不断地产生，又随宇宙的膨胀不断脱离视界而去，从而保持宇宙物质的密度始终不变。稳态宇宙学预言的物质相对产生率为哈勃常数的3倍，即3H0。虽然这是一个极微小的量，但是稳态宇宙学尚不能清楚地说明，物质在哪里、以何种方式产生，以什么形态出现，只是有人猜测，这些创生的物质在活动猛烈的星系核中产生。[1]稳态宇宙学提出以后，曾得到了几方面的支持，其一是大爆炸宇宙学难以解释的星系产生问题，在这里可以顺理成章地得到说明。因为只要在稳态宇宙方程中，物质的产生和宇宙的膨胀不是正好地得到补偿，就可能出现稳恒态附近的起伏解，解中恰好呈现了物质分布的局域不均匀性。其次在应用电动力学或其它场论研究粒子间相互作用时，推迟势与超前势都是方程的解，然而只有推迟势才得到了观测上的验证，通常只用因果律解释其原因，这种解释带有人为性，常不能令人满意。1945年，惠勒和费因曼曾指出，如果计入一个加速运动的电荷与宇宙中所有其它电荷的作用，就可以证明，在推迟势与超前势中，只有推迟势在起作用。他们的这一讨论正是在稳态宇宙的基础上进行的。这似乎是在理论上对稳态宇宙学的一种间接支持。此外，在稳态宇宙学中，不出现高温、高密度的初态，避开了难以摆脱的“奇点”困扰。[1]编辑本段理论可行性像一切其它宇宙模型一样，稳态宇宙模型也有一些先天不利的因素。它引出了一个物质不断创生的假设，这是现今物理学无法解释与理解的。此外，近年来的一些观测结果也给它增加了诸多不利的因素，例如对河外射电源计数结果与它的预言数不一致。更重要的是3K宇宙微波背景辐射的发现表明，宇宙的早期确实呈高热状态，稳态宇宙学对3K的解释却是牵强和不自然的。此外，它还不能对现今宇宙中元素的形成与丰度做出解释。面对如此多的难题，这一宇宙模型不如大爆炸宇宙那样得到较多的公认。[1]根据"完全宇宙学原理"，哈勃常数不仅对空间各点是常数，而且不随时间变化。所以宇宙空间的膨胀在时间和空间上都是均匀的。宇宙空间在膨胀，而物质的分布又与时间无关，这样就必须有物质不断产生出来以"填补真空"，也就是填补宇宙膨胀所产生出来的空间。通过完全宇宙学原理和爱因斯坦场方程可以求出宇宙的时空结构，可以得到宇宙的三维曲率为零，也就是三维空间是平直的。[2]稳恒态宇宙学最大的特点是要求物质和能量不守恒，据计算，物质的相对产生率为三倍的哈勃常数，也就是每年在二到三立方公里的体积内产生相当于一个质子质量的物质来。稳恒态宇宙学可以避免奇点，但它也有许多原则性困难，比如，它要求物质不灭定律不成立。为此，霍伊尔提出修改爱因斯坦场方程，他认为新产生的物质是由新产生的真空由高能级向低能级跃迁引起的真空相变产生的。稳恒态宇宙学出台后曾经引起过轰动，但这种原则性的大改动是不能轻易采取的，除非新理论取得了大的成就，并且与观测事实符合得很好，但实际上稳恒态宇宙学与观测符合的程度并不好，不如大爆炸宇宙学，因此目前还无法撼动大爆炸的根基，成为标准模型。[2]月亮绕地球转，地球绕太阳转，太阳绕银河的银心转，银河又在星系团中转……从朴素的观点来看，宇宙应该是有这样一种无限的阶梯组成的，无穷无尽。观测表明，在星系团的尺度上，也就是一千万光年到一亿光年尺度上，天体分布是这种阶梯状，但再往上就没有这种现象了，星系团在空间的分布是均匀的。以伏库勒为代表的少数人认为，在一亿光年以上也是这种阶梯状分布，只是目前观测能力不够，没有发现这种现象。这一模型称为等级宇宙模型。但由于缺乏理论基础，而且天文观测证据几乎没有，因此等级宇宙模型的前景不容乐观。[2]编辑本段历史意义虽然这一学说目前还没有完全得到证实，但提出这一学说的人是伟大的，不是说这一学说伟大（因为还没有证实），是说提出这一学说的人的这种科学精神，这样说是因为这一学说要否定更加伟大、更加权威的物质不灭定律，科学是不讲权威的，讲权威就没有真正的科学。[2]
参考资料1． 宇宙学的进展 ．湖州师范学院 大学物理 精品课程 ．2011-8-30 [引用日期2013-03-21] ．2． 宇宙恒稳态理论 ．百度百科 ．2013-2-2 [引用日期2013-03-21] ．3． 稳恒态宇宙学稳恒态宇宙学认为宇宙在时间和空间上都是无限的 ．新华网 ．2013-01-19 [引用日期2013-03-21] ．扩展阅读：1稳恒态宇宙学