附录 四、 以广义相对论为依据的空间结构。

3个月前 作者: 爱因斯坦
    [补充第32节]


    自从这本小册子的第一版出版以来,我们对于宇宙太空的结构的认识(“宇宙论问题”)已服重要的发展,即使是关于这个问题的一本通俗著作,也是应该提到这个重要的发展的。


    关于这个问题我原来的论述系基于两个假设:


    (1)整个宇宙空间中的物质有一个平均密度,这个平均密度处处相同而且不等于零。


    (2)宇宙空间的大小(“半径”)与时间无关。


    按照文义相对论,这两个假设已证明是一致的,但只是在场方程中加上一个假设项之后才能如此,而这样的一项不是理也并不是很自然的(“场方程的宇宙项”)。


    假设(2)当时在我看来是不可避免的,因为我当时认为,如果我们离开这个假设,就要陷入无休止的空想。


    但是,早在二十年代,苏联数学家夫里德曼(Friedman)就已经证明,从纯粹的理论观点看来,作另一种不同的假设是自然的。他看到,如果决心舍弃假设(2)那么在引力场方程中不引入这个不<u>大自然</u>的宇宙项对于保留假设(1)仍是可能的。亦即原来的场方程可以有这样的一个解,其中”世界半径”依赖于时间(膨胀的宇宙空间)。在这个意义上我们可以说,按照夫里德曼的观点,这个理论要求宇宙空间具有膨胀性。


    几年以后哈勃(Hubble)对河外星云(“银河”)的专门研究证明,星云发出的光谱线有红向位移,此红向位移随着星去的距离有规则地增大。就我们现有的知识而言,这种现象可以依照多普勒原理解释为太空中整个恒星系的膨胀运动——按照夫里德曼,这是引力场议程所要求的,因此,在某种程度上可以认为哈勃的发现是这个理论的一个证实。


    但是这里确实引起了一个不可思议的困难局面。如果将哈勃发现的银河光谱线位移解释为一种膨胀(从理论的观点看来这是没有多少疑问的),那么,依此推断,此种膨胀“仅仅”起源于大约十亿年以前;而按照天文物理学,各个个别恒星和恒星系的发生和发展很可能需要长得多的时间。如何克服这种矛盾,仍毫无所知。


    我还需要提一下,我们还不能从宇宙空间膨胀理论以及天文学的经验数据得出关于(三维)宇宙空间的有限性或无限性的结论;而原来的宇宙空间“静态”假设则导致了宇宙空间的闭合性(有限性)。
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