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（六）三种宇宙模型

　　
　　宇宙在膨胀是20世纪最伟大的发现之一。这个发现使人类几千年的宇宙观在仅仅不到
半个世纪的时间里，发生了翻天覆地的变革。这些变革的新观念几乎是让人目瞪口呆的。
以我们现在的知识来观察发现宇宙膨胀之前的宇宙观，我们将会发现之间的对比犹如静态
宇宙观比之于地心说一样强烈。人们惊讶地发现，这个看似熟识的宇宙依然陌生。 
　　
　　宇宙将如何膨胀呢？膨胀下去的结果又将怎样呢？ 
　　
　　1922年，当爱因斯坦仍在努力寻求广义相对论中平衡宇宙收缩趋势的引力常数时，前
苏联数学和物理学家弗雷德曼却在广义相对论的基础上提出两个观点，即不论我们在宇宙
中的任何地点观察，也不论我们向宇宙中的任何方向观察，宇宙看起来都是一样的。他指
出，仅从这两个观念出发，我们就应该预料到宇宙不是静态的。他基于此建立的宇宙模型
与后来哈勃的观测完全一致。 
　　
　　弗雷德曼模型有两个解。一个解是当宇宙膨胀得足够快时，引力仅仅使膨胀变得缓慢
一点，而不能使之停止，宇宙将永远地膨胀下去；另一个解是宇宙膨胀得足够慢，以致于
引力使膨胀最终停止，宇宙将收缩，并在星际间的引力作用下发生大挤压。也可以认为有
第三种解，那就是宇宙的膨胀速率刚好快到可以避免坍缩。它与第二类解的不同之处在于，
第三类解的宇宙是平坦的，而第二类解的宇宙是象拱形一样弯曲的。第三类解其实就是第
二类解的特例。这两种解的宇宙，模型都是无限的。 
　　
　　而在第一类解中，我们看到了奇异性——宇宙在空间上不是无限的，并且是没有边界的。
在这里笔者并没有写错，这种宇宙情形可以用我们的地球来帮助理解。地球的表面是没有
边界的，但体积却是有限的，只不过地球表面是二维的，而宇宙空间是三维的。第一类宇
宙模型的引力是如此之强，以致于空间被折弯而绕回到自身。 
　　
　　这的确是一个科幻小说的好题材，一个人绕宇宙旅行一周后又回到了出发点。然而霍
金告诉我们：“这实际上并没有多大意义，因为一个人还没有来得及绕一圈，宇宙已经坍缩
到了零尺度。你必须旅行得比光波还快，才能在宇宙终结之前回到你的出发点——而这是不
允许的！” 
　　
　　对于时间来说，这类解也是有限的，而且它有开端和终点，如同一条绳子的两端，也
就是有边界的。我们在以后将会看到，当人们将广义相对论与量子力学结合起来的时候，
我们就可以将这条绳子的两端连起来，使时间和空间都成为有限的，并且是无界的。 
　　
　　那么我们的宇宙符合哪一类解呢？这要由我们目前观测到的宇宙的平均质量密度来决
定。我们现在观测到的所有星体质量的总和尚不到阻止膨胀所需临界质量的1%，即使将那
些我们观测不到的星系间的暗物质考虑进去，全部的质量也未达到停止膨胀所需密度的十
分之一。这些结果暗示着，我们的宇宙可能会以当前这种几乎是临界的速率永远地膨胀下
去。 
　　
　　摘自：网易 作者：徐冬松
  
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