您知道什么是“红移”吗？看了这篇文章 就能理解大爆炸宇宙理论

M81星系和M82星系

要解释什么是“红移”，我们先设想一个场景，这样更便于您理解。

当一列火车疾驶过车站时，站台上的人会感觉到火车的汽笛声发生了变化：当火车驶向我们而来，汽笛声会越来越尖越来越响；当火车离我们远去时，汽笛的音调会逐渐降低。产生这种现象的原因，是因为当火车趋近我们时，每秒钟到达耳朵里的声波个数要比火车静止时多，除了火车静止时汽笛声波正常的传播速度外，又附加了火车行驶的速度；同理，而当火车离去时，人耳接收的声波数目要比火车静止时更少，因为静止时的声速要减去火车离去的速度。最早对这种现象做出解释的是奥地利物理学家多普勒，所以这种现象又被称为“多普勒效应”。

红移原理

声波是一种机械波，而光线也是一种波，光线是电磁波，声波与光波有许多相同的原理。所以“多普勒效应”不仅适用于声波，同样也适用于光波。当一个高速运动的光源发出的光到达我们眼睛时，光波的波长和频率也相应发生了变化，在人眼看去，光源的颜色就会发生改变。当然，物体运动速度不同，这种颜色的变化极其细微，人眼根本无法察觉。所以最好的办法不是观察运动物体本身的颜色变化，而是测量这个运动物体的光谱线，光谱线哪怕是极小的变化，都可以被测量出来，并可以记录下来。

红移原理，中间黑色的是光谱线

中学物理课都学过，当光线穿过三棱镜，会分解成不同的颜色，两端分别是紫色和红色。当宇宙中一颗恒星静止不动，它的光谱线位于光谱的正中；当它趋近我们时，光波的频率就会升高，波长变短，光谱线就会往光谱的紫色一端移动，称为“紫移”；反之，当这颗恒星离我们远去时，光波频率变低，波长变长，光谱线就会往光谱的红色一端移动，称为“红移”。观察到“紫移”或“红移”，我们就能知道这颗恒星是奔我们而来还是离我们而去，同样，通过测定光谱线“紫移”或者“红移”的程度，我们就能计算出这颗恒星趋近或者离去的速度，这个速度被称为“视向速度”。

光谱图，下端深紫色，上端深红色

明白了什么是“红移”，就要说到我们的宇宙了。天文学家通过观察发现，目前所观察到的银河系以外的天体，几乎所有的天体都有“红移”现象，越是离我们距离远的，“红移”现象越严重，即红移量与距离成正比。发现了这种现象，相当程度印证了爱因斯坦的广义相对论，广义相对论定义我们的宇宙是在不断地膨胀中。科学家经过反推，既然宇宙在膨胀，所有天体都在互相远离，根据“空间随时间而膨胀”的理论，那么在膨胀开始前，空间应该源于一个点，这个点被定义为“奇点”。目前主流的宇宙起源说正是源于此——一个密度无限大的“奇点”发生了爆炸，随着时间的推移，空间在不断膨胀，直到现在。这就是“大爆炸宇宙学说”。

用气球模拟宇宙膨胀原理

想要更直观的理解大爆炸学说，可以做一个简单的试验：找一个瘪的气球，用笔在上面点上无数个点，当气球开始充气膨胀时，你会发现气球上的每个点之间的距离都变大了，如果你的气球能膨胀得无限大，那么每个点的间距也会无限大。这就是我们的宇宙现状。

用气球模拟宇宙膨胀