从Hubber（哈勃）定律谈起
从Hubber（哈勃）定律谈起
本人的专业是数理统计, 对天文只是爱好而已, 直到现在也只达到”业余爱好者”的水平, 可是对于Hubber（哈勃）定律的了解肯定会对我们讨论有很大的帮助。现在我介绍一些从天文科普读物上抄来的内容，供大家分享。
几千年前，人们就把天上的星星分为“恒星”和“行星”，所谓恒星是指它们的位置恒定不动，而行星是有规律地在天上运动着的，完全无规则运动的是“慧星”。
后来，有了望远镜，人们发现恒星的位置也并非固定，它们也有微小的移动。但有什么规律？ 完全杂乱无章，好象是完全随机的在运动着。现在可以说：在整个银河系内，距离10万光年范围内，恒星运动速度不超过每秒几十公里，速度和方向几乎完全是随机的。
发明了光谱仪之后，人们知道用星光的光谱来测定星星的温度和位移。如果星星朝向我们运动，离我们越来越接近，则接受的光谱频率会升高，较原来会向兰色方向偏移，称为“兰移”，就象火车向我们开近时，汽笛声会更尖；反之，如果星星向我们越来越远离，则接受的光谱频率会降低，较原来会向红色方向偏移，称为“红移”，就象火车离开我们而远去时，汽笛声会更低沉。这就是“多普勒效应”。那么有了光谱仪和有了可以看到更远距离的望远镜之后，人们认为星系（团），都是怎么样运动着的？
在天上离织女星不远，有个“仙后座星系”。它可以勉强用肉眼看到，呈椭园状，在“星云星团图”上被编号为M31，它离我们170万光年。我们的银河系正以每秒百多公里的速度（比航天飞机快几十倍）在坚定不移地向它靠近，这当然是属于“兰移”的。由于它和我们银河系一样，都是由大约千亿颗恒星组成，这样大质量的两个星系彼此受万有引力作用而相互吸引运动，这种相撞一定是会发生的。这不象我们计算小行星轨道，在判断小行星是否会撞上地球时，由于计算误差很可能导致结论错误，小行星可能撞上地球，也可能擦肩而过。银河系与M31的相撞完全是必然的，预计几十亿年后将会隆重上演。两个星系相撞后将完全重组，会变成什么样，由于相撞时的随机性太强，现在不可能具体给出预报。但那时“人”会在哪里呢？太阳的全部氢燃料再经60亿年将会完全耗尽，它将塌缩成为白矮星，演变成以氦聚变成碳为主要产生能量的新的恒星。但太阳在塌缩前会有一次短短几千年的大爆炸，爆炸的范围会扩大到大约现在火星的轨道，地球将会被完全吞进去，温度将达到1000度左右。地球上所有的生命将不复存在，蛋白质全部被碳化，人是不可能再存活的。
除了M31之外，也还另有一个星系也是“兰移”的。但与此同时，却发现有相当多的属于“红移”的星系。那么，在星系中究竟“兰移”“红移”哪个多哪个少？20世纪初，人们统计了已计算出距离的31个星系中，发现只有2个“兰移”，其余全是“红移”。根据统计学中最简单的“符号检验法”，可以判断出规律：“红移要比兰移多”。现在可以说：在距离1000万光年范围内，星系运动速度不超过每秒几百公里，绝大多数是红移的，但也有兰移的。
后来，人们仔细分析发现，出现兰移的只是距离较近的星系，距离远（超过1000万光年）的就再也没有兰移的。而且距离越远，红移越大。也就是说，离我们越远的星系，就以越快的速度飞奔后退，离我们更远，后退速度可以达到每秒几千公里。但这是规律性的结论吗？到了1929年，Hubber抛弃掉所有“近距离”的数据，根据对14个“远距离”星系的观测，将它们的距离与“红移”的这两个变量数据整理了出来，作了回归分析，做出了最著名的断言：
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH
“星系运动的红移量与其距离成正比”
HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH
这就是有划时代意义的伟大的“Hubber定律”。 其比例常数被称为“Hubber常数”H。但当时，对于距离和红移两方面的测量都很不准确，当时计算出来的H常数与现在几乎差了一倍，但这丝毫不影响Hubber定律的伟大意义。
Hubber定律的发现，开创了“宇宙学”这门新学科。由于Hubber定律的发现，1949年，俄裔科学家Gamov发表了宇宙产生于大爆炸的理论。当年绝大多数人都对大爆炸理论持否定态度，但现在人们已逐渐接受了。越来越多的事实证明只有大爆炸学说才可能是合理的。现在又观测了上千个星系的结果，Hubber定律的规律性依然不变，对H的测量也越来越准确，而根据大爆炸理论，H的倒数就正好是宇宙的年龄。测量的最新结果表明，H的倒数也即宇宙的年龄为137亿年。对H现在已经有了这样准确的估计，宇宙的从产生到现在已经有137亿年的历史了。
宇宙现在仍然在膨胀中。正因为如此，所以星系的红移才是普遍规律。但新的问题又产生了：宇宙将会永远这样膨胀下去吗？现在知道，至少还要再膨胀3000亿年。那3000亿年以后呢？有人主张还会继续膨胀下去，有人甚至主张会更加速膨胀下去，但也有人主张3000亿年后会开始收缩。决定宇宙命运的关键是宇宙总质量，而对宇宙总质量的估计又取决于暗物质究竟占多大比重，取决于对中微子质量的估计。现在所看到的“亮”宇宙的所有质量，究竟占整个宇宙总质量多大百分比？1%，5%，还是高达10%？这是问题的关键。天文学家正在讨论中。作为最普通的老百姓是否也应该知道些这方面的常识？温家宝在03年7月1日访问香港与医学界代表谈到SARS病毒研究工作的时候，还特意提到：“暗物质的研究是天文学界研究的前沿课题之一，SARS病毒的研究是你们医学界研究的前沿课题之一，我们一定要有在前沿课题上建功立业的决心…..”。作为黑带，什么知识都应该懂一些。对Hubber定律也不例外。
如果现在有人问你，宇宙间星系（团）的移动有什么规律？你该怎么回答？
能说Hubber定律就是全部吗？恐怕不全面。因为在1000万光年的距离内，你可以根据观测到的数据说，星系的运动几乎没有什么规律，有很多红移，但也有些兰移。你不能说兰移不重要。因为就按离我们最近的星系来说，我们银河系正经受“兰移”之苦，飞速奔向仙女座星系。但是否可以说，星系间的运动完全没有规律呢？恐怕更不能这样说，因为Hubber定律具有更普遍得多的实质性的意义。你决不应该忽略它。
联系到我们现在对统计学中假设检验理论的讨论，我们是否可以从Hubber定律中学到些什么？
Student-xuling0688
本人的专业是数理统计, 对天文只是爱好而已, 直到现在也只达到”业余爱好者”的水平, 可是对于Hubber（哈勃）定律的了解肯定会对我们讨论有很大的帮助。现在我介绍一些从天文科普读物上抄来的内容，供大家分享。
几千年前，人们就把天上的星星分为“恒星”和“行星”，所谓恒星是指它们的位置恒定不动，而行星是有规律地在天上运动着的，完全无规则运动的是“慧星”。
后来，有了望远镜，人们发现恒星的位置也并非固定，它们也有微小的移动。但有什么规律？ 完全杂乱无章，好象是完全随机的在运动着。现在可以说：在整个银河系内，距离10万光年范围内，恒星运动速度不超过每秒几十公里，速度和方向几乎完全是随机的。
发明了光谱仪之后，人们知道用星光的光谱来测定星星的温度和位移。如果星星朝向我们运动，离我们越来越接近，则接受的光谱频率会升高，较原来会向兰色方向偏移，称为“兰移”，就象火车向我们开近时，汽笛声会更尖；反之，如果星星向我们越来越远离，则接受的光谱频率会降低，较原来会向红色方向偏移，称为“红移”，就象火车离开我们而远去时，汽笛声会更低沉。这就是“多普勒效应”。那么有了光谱仪和有了可以看到更远距离的望远镜之后，人们认为星系（团），都是怎么样运动着的？
在天上离织女星不远，有个“仙后座星系”。它可以勉强用肉眼看到，呈椭园状，在“星云星团图”上被编号为M31，它离我们170万光年。我们的银河系正以每秒百多公里的速度（比航天飞机快几十倍）在坚定不移地向它靠近，这当然是属于“兰移”的。由于它和我们银河系一样，都是由大约千亿颗恒星组成，这样大质量的两个星系彼此受万有引力作用而相互吸引运动，这种相撞一定是会发生的。这不象我们计算小行星轨道，在判断小行星是否会撞上地球时，由于计算误差很可能导致结论错误，小行星可能撞上地球，也可能擦肩而过。银河系与M31的相撞完全是必然的，预计几十亿年后将会隆重上演。两个星系相撞后将完全重组，会变成什么样，由于相撞时的随机性太强，现在不可能具体给出预报。但那时“人”会在哪里呢？太阳的全部氢燃料再经60亿年将会完全耗尽，它将塌缩成为白矮星，演变成以氦聚变成碳为主要产生能量的新的恒星。但太阳在塌缩前会有一次短短几千年的大爆炸，爆炸的范围会扩大到大约现在火星的轨道，地球将会被完全吞进去，温度将达到1000度左右。地球上所有的生命将不复存在，蛋白质全部被碳化，人是不可能再存活的。
除了M31之外，也还另有一个星系也是“兰移”的。但与此同时，却发现有相当多的属于“红移”的星系。那么，在星系中究竟“兰移”“红移”哪个多哪个少？20世纪初，人们统计了已计算出距离的31个星系中，发现只有2个“兰移”，其余全是“红移”。根据统计学中最简单的“符号检验法”，可以判断出规律：“红移要比兰移多”。现在可以说：在距离1000万光年范围内，星系运动速度不超过每秒几百公里，绝大多数是红移的，但也有兰移的。
后来，人们仔细分析发现，出现兰移的只是距离较近的星系，距离远（超过1000万光年）的就再也没有兰移的。而且距离越远，红移越大。也就是说，离我们越远的星系，就以越快的速度飞奔后退，离我们更远，后退速度可以达到每秒几千公里。但这是规律性的结论吗？到了1929年，Hubber抛弃掉所有“近距离”的数据，根据对14个“远距离”星系的观测，将它们的距离与“红移”的这两个变量数据整理了出来，作了回归分析，做出了最著名的断言：
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这就是有划时代意义的伟大的“Hubber定律”。 其比例常数被称为“Hubber常数”H。但当时，对于距离和红移两方面的测量都很不准确，当时计算出来的H常数与现在几乎差了一倍，但这丝毫不影响Hubber定律的伟大意义。
Hubber定律的发现，开创了“宇宙学”这门新学科。由于Hubber定律的发现，1949年，俄裔科学家Gamov发表了宇宙产生于大爆炸的理论。当年绝大多数人都对大爆炸理论持否定态度，但现在人们已逐渐接受了。越来越多的事实证明只有大爆炸学说才可能是合理的。现在又观测了上千个星系的结果，Hubber定律的规律性依然不变，对H的测量也越来越准确，而根据大爆炸理论，H的倒数就正好是宇宙的年龄。测量的最新结果表明，H的倒数也即宇宙的年龄为137亿年。对H现在已经有了这样准确的估计，宇宙的从产生到现在已经有137亿年的历史了。
宇宙现在仍然在膨胀中。正因为如此，所以星系的红移才是普遍规律。但新的问题又产生了：宇宙将会永远这样膨胀下去吗？现在知道，至少还要再膨胀3000亿年。那3000亿年以后呢？有人主张还会继续膨胀下去，有人甚至主张会更加速膨胀下去，但也有人主张3000亿年后会开始收缩。决定宇宙命运的关键是宇宙总质量，而对宇宙总质量的估计又取决于暗物质究竟占多大比重，取决于对中微子质量的估计。现在所看到的“亮”宇宙的所有质量，究竟占整个宇宙总质量多大百分比？1%，5%，还是高达10%？这是问题的关键。天文学家正在讨论中。作为最普通的老百姓是否也应该知道些这方面的常识？温家宝在03年7月1日访问香港与医学界代表谈到SARS病毒研究工作的时候，还特意提到：“暗物质的研究是天文学界研究的前沿课题之一，SARS病毒的研究是你们医学界研究的前沿课题之一，我们一定要有在前沿课题上建功立业的决心…..”。作为黑带，什么知识都应该懂一些。对Hubber定律也不例外。
如果现在有人问你，宇宙间星系（团）的移动有什么规律？你该怎么回答？
能说Hubber定律就是全部吗？恐怕不全面。因为在1000万光年的距离内，你可以根据观测到的数据说，星系的运动几乎没有什么规律，有很多红移，但也有些兰移。你不能说兰移不重要。因为就按离我们最近的星系来说，我们银河系正经受“兰移”之苦，飞速奔向仙女座星系。但是否可以说，星系间的运动完全没有规律呢？恐怕更不能这样说，因为Hubber定律具有更普遍得多的实质性的意义。你决不应该忽略它。
联系到我们现在对统计学中假设检验理论的讨论，我们是否可以从Hubber定律中学到些什么？
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