宇宙是什么樣的呢？這是和“我是誰？”、“我從哪來？”是同等高度的問題，從古至今，人們都沒有停止對宇宙外太空的探索，從古時候的仰望星空，到如今的航空事業(yè)，無不說明了這一點。

宇宙是方的還是圓的？有沒有界限？是不是像人類一樣，也會不斷地長大膨脹？還是慢慢縮小，或是保持不變？相信這曾是前人腦海中浮現(xiàn)出的一個又一個問題中的幾個。

現(xiàn)在我們知道宇宙是膨脹的，就像吹氣球一樣，一點點地脹大鼓起來，時不時地也加個速，比如138億年前宇宙大爆炸的那一瞬間，一秒都不到的時間，宇宙飛速膨脹！有時也會放緩速度，宇宙像個頑皮的孩子，隨著性子，或是快或是慢的成長著。

 

 

怎么知道宇宙是膨脹的，又怎么測量它是加速了還是減速了呢？膨脹是由美國天文學家哈勃最早觀測出來的，1929年，埃德溫?哈勃發(fā)現(xiàn)遙遠的星系似乎正遠離我們而去。

為此，哈勃還提出了體積的概念，什么是哈勃體積呢？哈勃假設出一個球形的氣泡，你站在氣泡的中心，在氣泡包圍的區(qū)域內，所有的物體都會遠離你而去，離去的速度小于光速；而在哈勃體積之外的所有物體遠離你則會超過光速。

 

 

尋常生活中，最直觀的事情莫過于觀察，眼見為實，然而，很多時候在物理學中眼睛會欺騙你，你親眼所見的并非是真實的。比如，下圖兩根線哪條更長一些呢？

 

 

所以，嚴謹?shù)膶W者并不會說，我觀察到的是這樣，所以就是這樣，會有相應的理論支持，而支持宇宙膨脹的理論就是多普勒效應。

別看名字很難懂，其實解釋起來很簡單。就是因為振源和觀察者之間有著相對運動導致的的，這樣觀察者聽到的聲音頻率和振源頻率是不同的。假設振源是聲源，當它向我們靠近時，我們聽到的聲音越來越高；而當它逐漸遠去，我們聽到的聲音就會越來越低。生活中這樣的例子比比皆是：一輛救護車或者警車從旁邊呼嘯而過，聲音都是由刺耳變得越來越弱。音調的變化同聲源與觀測者間的相對速度和聲速的比值有關。這一比值越大，改變就越明顯，這就是多普勒效應的定義。

一說多普勒效應，看過生活大爆炸的人會忍不住咧起嘴角。里面有個怪才——物理學家謝耳朵（謝爾頓），有一集講的是化裝舞會上，謝耳朵選的是“多普勒效應”禮服，卻被所有人當做斑馬服。Sheldon衣服上的白色小圓點代表著觀察者，黑白條紋示意波形，仔細觀察，會發(fā)現(xiàn)靠近白色圓點的位置，黑白條紋越變越細，遠離圓點，黑白條紋變粗了，模擬著波形的頻率。

 

 

所有的波動現(xiàn)象都存在多普勒效應，無論是電磁波，還是光波。而埃德溫·哈勃正是利用波的多普勒效應得出“宇宙正在膨脹”的結論的。在運動的波源之前，波被壓縮，波長變短，頻率變高；運動波源之后，則會發(fā)生相反的現(xiàn)象：波長變長，頻率變低。應用到宇宙之中就是遠離銀河系的天體發(fā)射的光線頻率變低，即移向光譜的紅端，稱為紅移，當天體離開銀河系的速度越來越快的時候，紅移越大相反地，如果天體正移向銀河系，則光線會發(fā)生藍移。根據(jù)光波紅/藍移的程度，科學家們還能計算出星波源循著觀測方向運動的相對速度。

紅移增加的比例與距離成正比，這一關系為宇宙在膨脹的觀點提供了有力的支持，包括大爆炸宇宙模型。其實，最初的時候紅移是在可見光波段中被發(fā)現(xiàn)的，后來人們對電磁波譜各個波段都有所了解，任何電磁輻射的波長都被稱為紅移。即使有些紅移是真的：比如γ射線、X-射線和紫外線等波段，波長變長確實是波譜向紅光移動，有些紅移卻不那么名副其實：對于波長較長的紅外線、微波和無線電波等波段，盡管波長增加實際上是遠離紅光波段，但還是被人們稱為“紅移”。

多普勒效應是怎么被發(fā)現(xiàn)的，又怎么會叫這么個怪名字呢？原來，它之所以得名是因為它的發(fā)現(xiàn)者叫做多普勒，全名克里斯琴·約翰·多普勒。多普勒1803年出生于奧地利的薩爾茨堡一個經(jīng)營石匠生意的家族。1929年，多普勒畢業(yè)于維也納大學，成為高等數(shù)學和力學教授的助教。1841年，因為出色的工作能力再加上幾篇論文的助力，他轉為理工學院的數(shù)學教授。

生活中的多普勒教授是位熱衷于思考的人，一個休息日，他帶著孩子出去玩，走到了布拉格理工學院附近有一條鐵路附近，孩子們看到嗚嗚嗚冒著煙的火車由遠而近，覺得很有意思，拍手歡呼。

多普勒也被呼嘯而過的火車吸引住了，他很好奇，為什么火車靠近時笛聲越來越刺耳，在火車通過他們之后，聲調逐漸降低了。這在生活中是很常見的現(xiàn)象，但是多普勒喜歡打破沙鍋問到底，是什么導致的笛聲聲調高低變化的呢？

雖然那天并沒有思考出什么結果，但是多普勒一直沒有放棄對這種現(xiàn)象的研究，直至頻移現(xiàn)象被發(fā)現(xiàn)：振源與觀察者間的相對運動使觀察者聽到的聲音頻率與振源頻率不同，前文已經(jīng)全面闡釋過。

經(jīng)過更加細入的研究，多普勒發(fā)現(xiàn)聲源每完成一次全振動就會向外發(fā)出一個固定波長的波，那么，波源的頻率等于單位時間內波源發(fā)出的完全波的個數(shù)（頻率表示單位時間內完成的全振動的次數(shù)）。因此，觀察者聽到的聲音音調，就是觀察者接收到的頻率，即單位時間接收到的完全波的個數(shù)。所以，精益求精的多普勒不僅弄清了聲源變化的原因，還研究出了聲源和觀測者之間的關系，并能用公式來計算表示。

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宇宙膨脹 該怎樣去理解你

圖文簡介

多普勒發(fā)現(xiàn)聲源每完成一次全振動就會向外發(fā)出一個固定波長的波，那么，波源的頻率等于單位時間內波源發(fā)出的完全波的個數(shù)。