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式中H称为哈勃常量.根据宇宙学原理,上述哈勃定律适用于宇宙中任何一处的观察者,星系间距R越大,退行速度v越大,任何一个星系都会发现其他星系在径向地远离自己而去.宇宙膨胀使星系间距越来越大,如果H是恒量,v可无限增大,这是不可能的.星系间的引力会使哈勃常量随时间减小,现在测得的值约为
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即与太阳系相距106pc(约3×106光年)的星系,退行速度约为50~100 km/s.宇宙初始时刻,高温粒子聚集在一起,密度趋于无穷大,接着发生爆炸,而后冷却,凝聚成目前的状态.如果将H估算成现测值H0的下限,物质间距从最初的R=0,经T0时间膨胀到现在R=1 Mpc可对应v=50 km/s,则得
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(a是年的SI单位制符号).这就是宇宙年龄的估算值,也称为哈勃时间.星系退行速度的上限为光速,地球人可观察到的宇宙最大距离为
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称为宇宙半径的估算值.其实宇宙可能如爱因斯坦开始时设想的那样是有限的,也可能是无限的.即使在宇宙大爆炸之初,宇宙也可能是有限的或无限的.星系从形成到现在,经过的时间有限,而且正在远离太阳系,因此即使宇宙是无限的,也不会出现奥伯斯之谜.当代的宇宙学用广义相对论引力场方程代替了牛顿万有引力定律,西利格之谜也自然消失了.
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现在的宇宙仍处于膨胀状态,如果宇宙物质密度足够大,引力减速作用强,膨胀将会停止,而后又会收缩.如果密度小,引力减速作用弱,宇宙会永远膨胀下去.可以采用经典近似对此作一估算.如图4-45所示,以观察者O所在位置为球心,取半径R,质量M的球体,球面某处星系质量为m,退行速度为v,具有的能量为
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图 4-45
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将现在的宇宙密度记为ρ0,则有,将v=H0R代入,得
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为目前的宇宙引入临界密度
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便得下述估算性的结论:
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若ρ0>ρc, 则E<0, 宇宙先膨胀,后收缩,
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若ρ0≤ρc, 则E≥0, 宇宙将一直膨胀下去.
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前者对应的宇宙称为封闭的,后者对应的宇宙称为开放的.目前测得的发光物质密度约为
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