一个例题的困惑
“1929年哈勃观测发现:河外星系的退行速度 \( v \) ,和它与我们的距离\(d\)成正比,这个比例系数,就是哈勃常数”
v和d的关系可以表示为\( \boldsymbol{v = H_0 \cdot d} \),显然,这个公式直接和经常讨论的“宇宙大爆炸”这个话题能够联系在一起,大爆炸后,星系都在远离。
在《普通物理学教程 力学》——漆安慎,这本书中看到这样一个例题:

我看完这个例题,首先想到的就是,哈勃常数怎么来的?因为在这个例题中的结果,宇宙年龄和哈勃常数是直接相关的。尽管这个例题的目的是“运用颇常见而简单的公式也能讨论大问题。”但也不应该如此抽象,因为在这个例题我并没有感受到颇常见的公式如何解决大问题的,只想知道这个常数如何来的。
哈勃常数是如何得到的
去查了资料之后发现,\(\boldsymbol{v = H_0 \cdot d}\)这个公式完全是用来拟和计算\(H_0\)的具体数值的。
求出宇宙年龄的整个逻辑链是:
1、测推行速度(通过特征光谱的波长红移计算退行速度)
2、再测星系和地球的距离
3、多组数据带入\(\boldsymbol{v = H_0 \cdot d}\)公式中进行拟合,得出\(H_0\)
4、利用公式\(\boldsymbol{v = H_0 \cdot d}\)进行换算,得出\(t_0=r/v=H_0^(-1)\)
5、把\(H_0\)带入就能算出宇宙年龄了。
但在该书中显然只进行了 4 5步,前面并未加以解释,这难免会让读者感到困惑,因为省略了太多的步骤,只保留了所谓的“常见的公式解决大问题”,而省略了很多重要的逻辑,这就显得整个步骤太简单了,一步就得出了结论。
一个过时的描述
此外,这道例题下面还写着“实际上,天文观察表明,宇宙膨胀是减速的,其所以如此,是由于万有引力的牵制。”

在查阅资料后发现,其实不然,在1998年有科研团队,用Ia 型超新星(标准烛光) 去测遥远星系距离,目标本来是测量膨胀的减速率。
多说一句,现在来看,这还真是个好idea,当时既然知道了是减速的,但是如何减速的还没人研究,然后就有了点子王想去测减速的速率(加速度),结果还有了大发现。做科研就是要有好idea的同时还要会不断思考
本来预期:遥远的超新星,亮度会符合减速膨胀模型。
但实际上:遥远的 Ia 超新星,比减速模型预测的更暗。
于是发表论文:提出宇宙加速膨胀。

论文刚出来的时候,很多天文学家是怀疑的,第一反应是:是不是观测有系统误差?(比如星际尘埃把光吸收,让超新星看起来变暗了)。后续多年大量独立观测(CMB、大尺度结构)陆续佐证,暗能量 + 加速膨胀才变成标准 ΛCDM 模型。
也就是说从哈勃到 1997 年,学界默认膨胀一直在减速;1998 年发表论文并被陆续佐证后发现宇宙膨胀在加速。
教材的滞后与修订
然后我就以为,这本书的思路是用牛顿引力做简化宇宙模型,只讲 “物质引力导致减速” 的经典模型,显然没有考虑暗能量。
但是看了一眼出版时间,2012年12月,人家2011年都获奖了,12年还不修订这部分内容。

嗯。。。。。那就是把这块忽略了。没有进行修改。
那最新的版本呢?看了一下实体书,手上的实体书显示2021年6月重印,翻了一下这一部分,发现压根没了 ::aru:thumb::

删了好,这个例子本来就不太合适。
追问
到这,我的疑惑也算是都解开了。。。。其实还剩一个问题,既然\(t_0=H_0^(-1)\),宇宙年龄肯定是在变化的,那也就是说哈勃常数也在变?如果在变,那是不是不应该称为常数,这个问题不如直接问ai好了:
哈勃参数 \(H(t)\):是随宇宙时间变化的函数;
哈勃常数 \(H_0\),只是\(H(t)\) 在当下(现在这个时刻)的取值。
公式准确的表达式子是:\(v = H(t)\cdot r\)
无需多言,简单明了。 :smiley: