宇宙学与天体物理学
宇宙膨胀
绘制退行速度—距离图以确定斜率 H₀,并区分空间膨胀与在既有空间中的爆炸。
器材
- 包含距离与由红移推得退行速度的星系目录
- 可调哈勃常数与宇宙时间控制
- 速度—距离图与宇宙微波背景显示
实验步骤
收集星系测量值
使用具有独立距离估计和红移的真实目录。仅在近似适用的范围内将红移换算为退行速度,并记录两项测量的不确定度。
绘制并拟合哈勃关系
纵轴绘制 v,横轴绘制 d。在选定的低红移范围内拟合直线,其斜率估计 H₀。检查残差;除非分析有依据,不要强制直线通过原点。
比较膨胀时期与背景辐射
改变模型中的 H₀ 与宇宙时间,记录 v—d 斜率及星系间距如何变化。向早期时期移动,显现来自炽热早期宇宙的遗留辐射——宇宙微波背景;它不是大爆炸瞬间发出的光。
模拟
实验历史
1929年,埃德温·哈勃发表了星系距离与退行速度之间的关系,建立在维斯托·斯里弗的红移测量及包括亨丽爱塔·勒维特成果在内的距离研究之上。早期数据有限,距离标定后来也经过修订,但这一趋势确立了宇宙膨胀的观测证据。
1965年,阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊报告了宇宙微波背景;与此同时,罗伯特·迪克领导的普林斯顿小组正寻找理论预言的遗留辐射。CMB 是炽热大爆炸后约38万年,年轻宇宙变透明时释放的光。现代宇宙学用多种方法测量 H₀,其精确数值仍在研究中。