宇宙膨胀引起的红移：德西特效应

昂首仰望无尽苍穹，似锦繁星的引力效应，让爱因斯坦如杞人般心忧天坠，进而引入宇宙常数以拯救天地。面对同样的夜空，荷兰天文学家德西特（Willem de Sitter，1872—1934）却似乎总看见月朗星稀的景况：他认为空间中所包含的物质密度极低，我们大可将宇宙整体视为不含物质的真空状态，而在一个欠缺物质可供标识的空间，宇宙自然是静止不动的。

由于德西特的宇宙模型也包含了宇宙常数，因此产生两项非常奇特的效应。首先，没有万有引力的牵制，宇宙常数的排斥效应将驱动空间急剧膨胀。由于宇宙常数不随时间演化，始终保持固定的排斥强度，空间中又缺乏物质可改变此膨胀趋势，德西特的静态宇宙其实是个空间会持续急速膨胀的“稳态”（steady state）宇宙。

此外，1917年的德西特宇宙解并不是个均匀的弯曲空间，而是拥有视界（horizon）的非均质（inhomogeneous）空间：位于宇宙中心的观测者，基本上无法看见发生于曲率半径之外的任何事件。由于电磁波借着在空间中固定频率的振荡向各处传播，空间的膨胀必然拉伸电磁波的波长，使得遥远的星光在抵达宇宙中心时的波长，会大于发射初时的波长。这个光波红移的现象，被称为“德西特效应”。经德西特计算发现：红移与距离的平方成正比关系，即距离较近的恒星所传送的星光红移量较小，而较远处恒星所发射的星光则拥有较大的红移。德西特认为，若天文观测能够确认这种因空间膨胀所造成的红移效应，我们就能区分出宇宙究竟是只含物质而无空间膨胀的爱因斯坦静态宇宙，还是物质匮乏但空间会膨胀的德西特稳态宇宙了。(www.xing528.com)

事实上，在德西特发表其宇宙模型的前一年，美国天文学家斯立福（Vesto Slipher，1875—1969）便已从当年被误认为星云（nabule）的螺旋星系光谱中，发现了大部分的星系都呈现出红移的现象。但由于斯立福未能测定那些天体的距离，德西特并不愿就此推断其模型的正确性，仍继续推动观测方面的研究，甚至在1919年至1934年间，担任莱顿天文台（Leiden Observatory）台长。德西特联结天文观测与理论分析的努力，促成许多天文学家与物理学家在20世纪20年代相继投入宇宙学研究，将宇宙学的典范，逐渐从静态空间移向膨胀空间，为大爆炸宇宙模型奠定扎实根基。