你認為宇宙大爆炸產生現在的宇宙,是猜想還是真有科學依據?

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“宇宙大爆炸”是目前擁有科學理論最完善、觀測證據最多的一個科學假說。

與“宇宙大爆炸”假說相對應的“宇宙穩態模型”以及“準穩態宇宙學”的支持者越來越少,支持的聲音越來越弱。暴脹理論儼然已經成為科學界一致推崇的標準模型了——儘管到今天它仍然是個假說。

(宇宙暴脹模型及宇宙歷史時間線)

先簡單說說“大爆炸”的由來。

1922年,俄羅斯亞歷山大·弗裡德曼通過計算得出“宇宙正在膨脹”的結論。

1927年,比利時天主教神父喬治·勒馬特(他也是個天文學家)通過觀測宇宙後證實了弗裡德曼的觀點,他提出宇宙是“從一個原始原子爆炸而來的”,這個原子大小的點被勒馬特神父稱為“宇宙蛋”。(大爆炸)

勒馬特神父對宇宙起源的大膽判斷建立在哈勃對超遠距離星系光譜紅移現象進行觀測的基礎之上。事實上,從1912年開始Vesto Slipher就通過觀測發現大多數螺旋星系都有相當大的紅移。1919年,埃德溫·哈勃開始觀察星系紅移,十年後,哈勃將他的觀測結果總結為著名的“哈勃定律”。

(一顆發出黃光的星球在接近時會顯現綠色,在遠離時會發生紅移而顯出橙色)

哈勃定律證實了弗裡德曼的宇宙膨脹理論,同時也驗證了弗裡德曼 - 勒馬特方程,事實上弗裡德曼方程是從愛因斯坦廣義相對論場方程中推出來的。

在哈勃發表了他的定律並邀請愛因斯坦到威爾遜山的天文臺查看觀測結果後,愛因斯坦宣佈放棄自己對“宇宙常數”的研究並修改廣義相對論中對於“穩態宇宙”的方程,並承認自己犯了個“最大的錯誤”。

(愛因斯坦因為紅移而放棄了穩態宇宙的觀點)

自此,宇宙大爆炸理論確立。

宇宙大爆炸理論的科學觀測依據:

光譜紅移

紅移現象是大爆炸理論的重要依據之一,並且也是最早、最直觀和最有效的證據。哈勃創建的哈勃定律無疑是大爆炸理論最強大的支持工具。

如果今天要有誰站出來反對宇宙大爆炸理論,你只需要把哈勃定律展示給他看就好了:

Vf = Hc×D

(這個定律有時也被寫成v=H₀×D),其中Vf 為被觀測星球與觀測者遠離的速度(視向退行速度),Hc為哈勃常數(參數),D是被觀測星球與地球之間的距離。Hc=67.80±0.77(km/s)/Mpc

哈勃定律的基礎是光譜紅移現象。科學家們通過觀測遙遠星球發現,當它們向地球方向運動時,其光譜頻率會變快,譜線會向藍色方向移動,反之,其光譜的譜線會向紅色方向偏移。

(紅移的原理)

對於同一類型的恆星或星系,它發出的光譜應該是相對固定的,如果觀測到光譜偏紅,就說明這個恆星或星系正在遠離地球。

科學家們觀測的結果是:銀河系中的恆星與地球的相對距離比較穩定,而其它星系或多或少都有紅移現象,離地球越遠的星系其紅移的幅度越大,這表明距離我們越遠的星系正在加速離開銀河系。

反過來推算,持“宇宙大爆炸”觀點的科學家認為這些星系在130億年前是聚在一起的。

宇宙微波背景輻射

宇宙微波背景輻射(CMB)是一種電磁輻射,它被稱為“大爆炸的餘輝”。這種輝光使用光學望遠鏡是看不到的,我們使用任何光學望遠鏡觀測太空,會發現恆星之間、銀河系外星系之間的空間是全黑的,什麼都沒有。但是使用微波射電望遠鏡就可以接收到從宇宙各個角落發出的微弱背景噪聲或發光。

(微波背景輻射圖,天文學家們認為它是均勻的)

科學家們認為這種微弱信號是相對均勻且各向同性的,這意味著它不是從某一些恆星或星系發出,同時通過對這些信號強度的細緻分析,科學家們判斷它只能來自宇宙大爆炸所產生的輻射。

因此CMB成為證明宇宙大爆炸存在的有力證據之一。

其它證據

科學家們認為宇宙中各種元素的比例也是大爆炸的證據之一;

2011年,天文物理學家們在宇宙中找到了一些氣體雲,這些氣體雲中沒有重元素,只有氫和氫的核素氘,他們認為這些氣體是宇宙大爆炸最早產生的原始氣體,也是大爆炸的證據;

(氣體星雲)

科學家們還認為通過對銀河系演化的分析、通過對一些“古老恆星”年齡的分析,也能大致推斷出它們與宇宙誕生的時間相符,只是這種推斷可能存在某些誤差。

質疑的聲音

儘管愛因斯坦放棄了他穩態宇宙的觀點,儘管大多數持有“準穩態宇宙”觀點的科學家越來越被邊緣化,但對“大爆炸”的質疑從來就沒有停止過。

從“大爆炸論”提出後的幾十年裡,科學家們一直在質疑“宇宙蛋”提出者喬治·勒馬特的神父身份,因為如果宇宙中除了這個“蛋”之外再無任何東西,那麼到底是誰按下了開關?

(是誰按下了“爆炸”的開關?)

如果宇宙與時間開始於“大爆炸”,那麼如何解釋爆炸之前的時空?如果時間有一個“開始”,它必然從某一時刻開始,那麼這個時刻之前又是什麼?如果在這個時刻之前還有時間,它又與“大爆炸之前不存在時空”相對立,這顯然是一個邏輯悖論。

按照“大爆炸模型”應該產生同等數量的正物質與反物質,科學家們知道正物質與反物質相遇會發生爆炸說湮滅,但宇宙中現存的基本都是正物質,那些反物質都去了哪裡?

哈勃常數已經被大量的實例證明它並不準確,從某種意義上它應該被稱作“哈勃參數”,造成這種不準確的原因是什麼?它與觀測設備有關,還是與佔宇宙中95%的暗物質及暗能量有關,或是與光子有可能存在的靜止質量有關?

(真的有一個“開始時間”?)

所有以上的問題都應該有答案,這些謎題還需要科學家們持之以恆地努力尋找。

對於宇宙來說,人類所能看到的範圍實在是狹小,人類的存在歷史只是一瞬間,科學探索才剛剛開始,離下結論還早得很。


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