宇宙学与天体物理学
大爆炸模型与哈勃定律
考察宇宙膨胀模型：改变星系距离 d 与视角，测量退行速度/红移。验证哈勃–勒梅特定律 与无中心膨胀的含义。
器材
- 含星系的宇宙膨胀3D模型
- 距离 d (Mpc) 与视角滑块
- 退行速度/红移读数与暂停按钮
实验步骤
测量退行速度随距离变化
把「距离 d (Mpc)」从1扫到10，读取对应退行速度。以 d 为横轴画 v：各点落在过原点直线上——斜率即哈勃常数 。记录 。
换视角：无中心膨胀
用「视角」把「观察者」放到模型中另一个星系上。注意从任何星系看，其他星系都在退行——空间膨胀无中心，如同充气气球表面的点。
红移作为膨胀信号
在几个距离处读取红移 z，并用 （v ≪ c 区域）联系退行速度。解释：光子随膨胀空间被「拉长」——这是宇宙学红移，与静态空间中运动的多普勒效应不完全相同。
预测过去与远方极限
由测得斜率估计「膨胀年龄」（H₀ ≈ 70 km/s/Mpc → 约140亿年）。预测：若 v = H₀d 对任意 d 成立，足够远的星系退行超光速——仍有效，因为是空间本身膨胀；讨论可观测视界。
模拟
实验历史
1927年，比利时神父兼物理学家乔治·勒梅特从爱因斯坦方程推出膨胀宇宙，并用当时数据估计膨胀率。1929年，埃德温·哈勃独立发表「星云」红移–距离线性关系，依据造父变星测距与米尔顿·赫马森的光谱——哈勃–勒梅特定律诞生（H₀ ~ 500 km/s/Mpc，因定标不准偏大）。
勒梅特1931年提出「原始原子」——大爆炸的萌芽；伽莫夫、阿尔弗、赫尔曼预言约5 K遗留辐射（1948年），彭齐亚斯与威尔逊1965年偶然发现3.5 K——CMB成为决定性证据。1998–99年两个团队（珀尔马特；施密特–里斯）发现膨胀加速——2011年诺贝尔——暗能量重回宇宙图景。