哈勃定理内容及公式-哈勃定律公式内容

没人能算准那一年的光速，但哈勃坚信宇宙的扩张是某种“必然”。 1929 年，埃德温·哈勃盯着他自己那台还没彻底调试好的望远镜，在仙女座大星云里看到了一个怪的迹象。他本来当作那是两个星系，结局发现它们居然在彼此靠近。
这简直颠覆了当时所有人对牛顿力学和宇宙静态的看法——要是宇宙像盛满水的杯子，那么水珠之间如何可能互相吸引？哈勃当时只是说，这些星云距离地球越来越远，并且速度变快了。
后来人们细想，实际上他没说错，只是当时的技术还差那么一脚，没能把那个膨胀的速度量化成“哈勃常数”来描述。 真正的理论突破要等到 1920 年左右，乔治·勒梅特和卡尔·索恩那篇著名的论文。他们不像哈勃那样只盯着观测数据，而是给宇宙套上了公式外衣。勒梅特大胆假设，宇宙不是稳态的，而是从大爆炸启动不断膨胀的。
这意味着，目前的宇宙比那会儿更大了，空间本身也在拉长。
要是空间在拉长，那么里面的东西也跟着被撑开。
这就好比气球放大了，气球上画的那根彩带，随着气球变大，长度肯定也要增添。 便，哈勃定理就如此诞生了。 宇宙在膨胀，新生的星系在远离我们，这个距离越快，它们跑得离我们越远。 公式挺好办：$v = H_0 times d$。 $v$ 代表星系退行速度，$H_0$ 就是那个哈勃常数，$d$ 就是它们距离地球有多远。
这个公式看似像个数学题，实际上是物理世界的直接投影。哈勃常数本质上就是一个单位距离的膨胀速度。数值上大约是 72 公里/秒每百万光年（kpc）。 要是拿最近的仙女座星系算账，它距离我们大约 255 万光年。按照这个公式算出来的速度大约是 180 公里/秒。
听起来挺快，但在宇宙尺度上，这可是个温和的奔跑。大多数星系都在慢慢拉开距离，简直没有能被引力拉回来的。
毕竟，那种要把所有星系拽到一起的力，忒微弱了，弱到连忒阳系的行星轨道都维持不住。 不过，哈勃最初没想过这个理论能推演到月球。他后来花了几年工夫研究数据，才意识到要是这个逻辑成立，宇宙的年龄得推算得老老当当的。 要是你拿摩尔定律来类比哈勃定律，那摩尔定律管的是芯片每 18 个月性能翻倍，哈勃定律管的是光子每 138 亿年跑得更远。
实际上它们都遵循同一个物理直觉：变化的东西，其变化率是恒定的。 Carl Sagan 曾在《宇宙时空观》里说过一句挺妙的话：“我们看星星，实际上是在看自己。” 当我们观测那个正在加速远离的宇宙时，我们实际上是在观测我们自己所居住的那个赫罗图。 后来的科学家发现，哈勃常数并没有是个固定的常数，它是个会随工夫变化的参数。早期宇宙的膨胀速度更快，后来变慢了。宇宙大爆炸之后，形成了一次“暴涨”，那时候空间膨胀极快。但在宇宙冷却、物质密度增添之后，纠缠在一起的引力就把星系团拉近了。
这叫“结构形成”，也就是我们常说的“坍缩”。 这就像是一大块面团，刚启动揉出来是圆的，挤开一点戳个洞，它就炸开了。赶明儿压力越来越大，气球再也不会往外膨胀了。
这就是宇宙从大爆炸到进入“减速膨胀”阶段的过程。 目前，我们站在 21 世纪，看那会儿 138 亿年的数据，用今天的哈勃常数去倒推早期宇宙。算出来的结局和现代大爆炸理论预测的惊人吻合。
这个常数被称为赫罗图参数，它告诉我们宇宙目前的年龄大约是 138 亿年，还是说比这更年轻？这得看那些看不见的暗能量究竟有多大。 暗能量的故事实际上和哈勃定理的膨胀故事是互斥的。暗能量推的是宇宙加速膨胀，而引力推的是宇宙减速膨胀。
这种“互相打架”的局面，实际上就是哈勃常数在不同阶段的表现形式。 有人可能会认定，既然大爆炸理论已经解释得如此好，为啥还要搞啥暗能量、为啥还要用如此多参数来拟合？ 这可能出于，宇宙忒大了，以至于我们没法去测量它内部的细节。我们只能靠哈勃定理这个“望远镜”，去测量最宏观的、宏观的尺度。它是我们那把唯一能看清宇宙整体面貌的尺子。 哈勃定理告诉我们，宇宙不是死气沉沉的坟墓，而是一个生机勃勃的巨人。我们在看着它长大，看着它分裂，看着它把我们包围。它不只是一组数学公式，它是理解我们自身、理解我们浩瀚家园、理解宇宙本质的一把钥匙。