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勒梅特( Lemaitre, Georges 1894.7.17 - 1966.6.20 )比利時天文學(xué)家和宇宙學(xué)家。他提出現(xiàn)代大爆炸理論。該理論認(rèn)為宇宙開始于一個小的原始“超原子”的災(zāi)變性爆炸。他提出宇宙大爆炸理論，用這一理論，星系的退行可在愛因斯坦廣義相對論框架內(nèi)得到解釋。雖然宇宙膨脹模型已早有人提出過，但經(jīng)伽莫夫修改過的勒梅特理論在宇宙論中已居于主導(dǎo)地位。

簡介

勒梅特，比利時天文學(xué)家，1894年 7月17日出生于比利時的沙勒羅瓦，曾在比利時魯汶大學(xué)學(xué)習(xí)建筑工程專業(yè)，后參軍服役。第一次世界大戰(zhàn)期間，勒梅特作為土木工程師在比利時軍隊中擔(dān)任炮兵軍官。戰(zhàn)后進入神學(xué)院并于1923年接受神職,擔(dān)任司鐸。曾求學(xué)于魯汶大學(xué)，1923-1924年間在劍橋大學(xué)太陽物理實驗室學(xué)習(xí)，后到美國麻省理工學(xué)院學(xué)習(xí)，在那里他了解了美國天文學(xué)家E.P.哈勃的發(fā)現(xiàn)和H.沙普利有關(guān)宇宙膨脹的研究。1927年回國，任魯汶大學(xué)天體物理學(xué)教授，1932年,又進一步提出“原始原子”爆炸起源的理論。后來被伽莫夫發(fā)展成為大爆炸宇宙學(xué)。勒梅特還研究過恒星形成理論、宇宙線和三體問題等。他的主要著作有《宇宙演化的討論》、《原始原子假說》。1966年6月20日卒于魯汶。

主要貢獻

勒梅特根據(jù)施瓦西度規(guī)（Schwarzschild vacuum solution）通過坐標(biāo)變換得到勒梅特度規(guī)，這是一個引力作用下的自由下落度規(guī)。這個度規(guī)是勒梅特宇宙模型的基礎(chǔ)。其后羅伯遜與沃克發(fā)展了勒梅特度規(guī)，得到更高維度（三維）對稱的羅伯遜-沃克度規(guī)，作為伽莫夫提出的大爆炸宇宙模型的度規(guī)基礎(chǔ)。勒梅特還研究過宇宙射線和三體問題，三體問題是用數(shù)學(xué)方法描述三個互相吸引的物體在空間中的運動。

勒梅特的主要著作有《論宇宙演化》(1933)和《原始原子假說》(1946)。 .

個人觀點

宇宙起源

1927年，勒梅特教士發(fā)表了他的主要研究成果：均質(zhì)的宇宙質(zhì)量不變，半徑不斷增加，并闡明了銀河外星云的徑向速度，就如何對當(dāng)時的兩種相對論進行兩難選擇提出了解決辦法，一種是愛因斯坦的相對論，認(rèn)為宇宙“飽和”“靜止”，另一種是德西特的相對論，認(rèn)為宇宙在膨脹，但里面沒有物質(zhì)！不久之后，他于1931年對自己的成果加以補充，提出他的宇宙起源假說的雛形，即原始原子。根據(jù)這種假說，宇宙在不斷膨脹，它起源于一個原子的放射性裂變。勒梅特的想法與一些根深蒂固的偏見相抵觸。雖然對空間和時間的看法起了變化，雖然宇宙一般處于靜止?fàn)顟B(tài)作為不言明的宇宙學(xué)公設(shè)被人接受，但是，要等到1929年，即勒梅特的第一篇文章發(fā)表兩年之后，哈勃和赫馬森才公布一個星系退行的速度和它的距離之間的關(guān)系：這一次，宇宙膨脹的問題不是由一位宇宙起源學(xué)理論家來提出，而是由進行觀測的天文學(xué)家來提出。但是，是否應(yīng)該把譜線紅移看做遠離的運動的標(biāo)志？有些人曾否定過這點，有幾個人仍對此持否定態(tài)度：其他的物理學(xué)原因被提了出來，但是，與“退行”的假說不同的是，這些其他原因要么不能闡明觀測到的所有效應(yīng)，要么使人預(yù)見到一些至今尚未觀測到的效應(yīng)。

提出問題

一、勒梅特首先提出的問題是，從數(shù)學(xué)家對可能無限和實際無限的推理出發(fā)，來了解眾多恒星是有限的還是無限的。他的結(jié)論是，恒星的數(shù)目是有限的。但是，由此是否能推斷出恒星之間的空間是有限的？

結(jié)論并非完全是直接得出的，因為如果說恒星是實際存在的，用測量空間來對它進行劃分只是潛在的可能。盡管如此，十分明顯的是，如果幾何定律在不做過大改變的情況下能在恒星世界中成立，就能從恒星數(shù)目有限中得出結(jié)論，認(rèn)為包含所有恒星的凸多面體的體積有限。這種推斷得出的主要假設(shè)是，阿基米德原理可用于兩個恒星的距離，這就是說，如果連接這兩個恒星的一條線是有限的長度，那么就可以用有限數(shù)的運算來算出這個路程。如果恒星之間有距離的關(guān)系，那么，它們所包含的體積就是有限的。

二、提出了虛空的邊界問題。

大量恒星擴展到幾千秒差距（parsec）遠的地方，形成一種圓盤，其寬度為高度的十倍。圓盤之外有什么？我們將在片刻之后看到，天文學(xué)大大擴展了宇宙體系，使我們隱約看到在奇遠無比的距離之外的巨大星團和銀河外的星云。但是，在這些之外，我們是否能夠達到，是否應(yīng)該希望達到最后一個星云，達到位于世界邊緣的最后一個恒星？

可以設(shè)想一個凸多面體，其頂點有最后幾顆恒星，多面體里包含著其他所有恒星。只要這最后幾顆恒星同其他恒星有距離的關(guān)系，我們就能像剛才解釋的那樣肯定，這個多面體包含的體積是有限的。這個多面體包含所有的恒星或所有的粒子，不管其性質(zhì)如何，它們的物質(zhì)已經(jīng)形成。這個多面體之外什么也沒有。宇宙看來是一個物質(zhì)的氣泡，沉入虛無的海洋之中。

無物質(zhì)的空間是什么？這個問題涉及最困難、爭論得最多的哲學(xué)問題之一：什么是空間？我們不想在如此危險的地方往前走，但我們可以看到，主要的哲學(xué)體系雖說在許多方面存在著根本的分歧，卻都是根據(jù)物質(zhì)來確定空間。我們傳統(tǒng)的哲學(xué)認(rèn)為，空間是物體廣延的一種抽象，是有形體的實體的一種偶有屬性，只能在有物質(zhì)的地方被理解，無實體的定位偶有屬性是無法想象的。康德的體系通過另一條途徑得出同樣的結(jié)論?？臻g是現(xiàn)象的形式，沒有現(xiàn)象它就不能被想象出來。根據(jù)這兩種哲學(xué)的任何一種，我們都可以說空間在物體之中，完全虛空的空間只能是虛無，因此并不存在。

原始原子假說

在研究了有限但無邊界的均質(zhì)空間的幾何特點之后，勒梅特對空間和物質(zhì)的關(guān)系進行研究，這種關(guān)系迫使他拋棄了歐幾里得幾何。根據(jù)相對論，引力的效應(yīng)之一是改變空間的特點。在太陽或恒星這樣的天體近旁，幾何就不是歐幾里得的，因為人們說空間有某種曲率。決定幾何特點和重力特點之間的這種相關(guān)的方程式包含一個參數(shù)，其重要性在行星運動這種尺度較小的現(xiàn)象中不會顯示出來，但在研究整個宇宙時它的作用就變得極為重要。因此，它被稱為宇宙常數(shù)（constante cosmologique）。

在相當(dāng)大的尺度內(nèi)，物質(zhì)均勻地分布在宇宙之中。在宇宙常數(shù)和宇宙密度之間存在著一種關(guān)系。這兩個量是成正比的。既然有物質(zhì)，宇宙常數(shù)就不可能是零，必然是正數(shù)。宇宙常數(shù)的值決定空間的幾何特點，宇宙常數(shù)如是正數(shù)，其結(jié)果是空間為橢圓形，另外這還決定宇宙周長。這樣，宇宙周長還同物質(zhì)密度的平方根成反比。這種值得注意的關(guān)系是愛因斯坦發(fā)現(xiàn)的，能使我們對空間的大小有一個概念。物質(zhì)密度是一種量，就可以憑經(jīng)驗來認(rèn)識它，即通過對鄰近區(qū)域發(fā)生的事進行觀測來認(rèn)識它?！班徑鼌^(qū)域”，意思是十分巨大的空間，就是用研究手段能觀測到的那樣大，但同整個宇宙相比還非常小。

根據(jù)愛因斯坦所說的關(guān)系，半個宇宙周長，即空間中最大的距離，同密度的平方根成反比。按太陽每立方秒差距的密度來計算，半個宇宙周長將是二百萬秒差距。在一個五十萬秒差距的立方中平均有一個星云，每個星云同兩億五千萬個太陽一樣大。因此，物質(zhì)密度為500/0．25等于太陽每個立方秒差距的五億分之一。計算平方根，則半個空間周長是二百萬的兩萬兩千倍，即四百億秒差距，用望遠鏡能觀測到的距離的一千倍。

勒梅特認(rèn)為不必掩蓋這些估計的近似性，并提出了宇宙維度不變這個最根本的問題。另外，愛因斯坦的宇宙理論同意空間勻質(zhì)的假說，這種假說非常合情合理，沒有一開始就提到這種假說，即宇宙周長不因時間而變化，換句話說，宇宙是靜止的?？磥碛惺置黠@的跡象表明，這種非常合情合理的假說實際上并未得到證實。

荷蘭天文學(xué)家德西特發(fā)展了一種以相對論為基礎(chǔ)的宇宙理論，其缺點是從根本上認(rèn)為宇宙不包含任何物質(zhì)，但卻闡明了一種極為有趣的現(xiàn)象。

星系光譜線普遍紅移的現(xiàn)象如被解釋為多普勒效應(yīng)，則表明所有的星系都在離開人們遠去，它們離的距離越遠，退行的速度就越快。如果星云都在離開星系，那么，這仿佛說明，星系是宇宙的中心點，具有特殊的性質(zhì)。不愿意接受這種結(jié)論。奇怪的是，智慧之地要用具體的特點顯示出來。它既不是恒星的局部體系的中心，也不是星系的中心，驚訝的是，它是星云體系的中心。

這種結(jié)論看來違背了一種宇宙學(xué)原理（principe cosmologique），這種原理認(rèn)為，宇宙中沒有特別好的視點，但勒梅特立刻加以糾正：只須認(rèn)為，星云在空間的布局仍然相同，但空間的性質(zhì)隨著時間變化，宇宙周長是可變的，隨著時間增加。于是，兩個星云的距離仍是宇宙周長的同一部分，因此像宇宙周長一樣增加。任何兩個星云都相互遠離。事情的發(fā)生有點像位于肥皂泡表面的微生物看到的那樣。當(dāng)肥皂泡膨脹時，每個微生物都會看到它附近的微生物離它遠去。它的樣子像是一個中心點，而且只是一個中心點。

因此，宇宙在膨脹，所有觀測都證實了這一假說，假說使思想追溯到時間的起始，并立刻就想象出宇宙的起源，當(dāng)時的宇宙即使不是點狀，至少也極為稠密。原始原子假說是一種宇宙起源假說，根據(jù)這種假說，世界起源于一個原子的放射性裂變。設(shè)想原始原子均勻地充滿著半徑很?。◤奶煳膶W(xué)角度來看）的空間。因此就沒有表面電子的位置。這種原子根據(jù)設(shè)想只存在了一剎那的時間，它確實是不穩(wěn)定的；從它存在時起，它就分裂成小塊，這些小塊也各自分裂；在小塊之間出現(xiàn)電子、質(zhì)子、小粒子等。因此空間的半徑迅速增大，而原始原子的那些碎片仍然均勻地充滿著空間。在空間膨脹的第一個階段，從一個幾乎是零的半徑出發(fā)沿漸近線行進，會遇到處于輻射中的速度巨大的粒子，其總能量可能在原子的單位重量能量中占據(jù)很大的部分?？臻g的這種迅速膨脹的結(jié)果是使輻射變?nèi)?，同時也使原子的相對速度減慢。因此，我們至少在局部上開始看到靜態(tài)平衡，即氣體云的形成。這些氣體云都有很高的相對速度，并與輻射混雜在一起，而輻射也已因膨脹而減弱。