虽然你可能不相信,但我们的宇宙的确有可能是从一次大爆炸中诞生的。如今直径达到930亿光年的可观测宇宙,大约是在138亿年前从一个奇点形成的。
(图片说明:宇宙大爆炸)
科学家是如何发现这个理论的?他们有何证据呢?
直到差不多100年前的时候,人类对于宇宙还没有一个明确的概念。别说它如何诞生、年龄几何,就连宇宙和银河系的概念,都没有搞清楚。那个时候,很多人还相信,宇宙是永恒不变的,而且银河系就是全部的宇宙。
直到一个人的出现,改变了一切,这个人就是埃德温·哈勃。
(图片说明:哈勃)
哈勃是美国天文学家,出生于1889年,在28岁的时候从芝加哥大学博士毕业。1923-1924年期间,他利用威尔逊山天文台的254厘米反射望远镜对仙女座大星系和M33星系进行了观测,并且利用这两个星系中的造父变星确定:它们的距离远远超过了银河系的半径,证明了宇宙中不只有银河系这一个星系,而是由无数星系组成的。
不仅如此,他还发现宇宙中的星系普遍存在红移的现象。所谓红移,指的就是电磁波领域的多普勒现象,当天体远离我们时,其发出的电磁波的波长也会被拉长。由于这些星系都有红移的现象,我们可以证明它们都在远离地球。
(图片说明:红移示意图)
要知道,在哈勃通过天文观测发现这个事实之前,爱因斯坦已经凭借自己的广义相对论证明了这一点。但即便是伟大的爱因斯坦,也被固有思维局限住了,他为了证明宇宙是稳定的,甚至自己编出了一个所谓的“宇宙常数”。当哈勃的发现公之于众后,爱因斯坦才发现自己错过了一个伟大的发现,并承认宇宙常数是他一生中最大的错误。
随着宇宙的膨胀被发现,天文学家们开始反推宇宙的历史。如果未来的宇宙会变得更大,那么过去的宇宙应该是更小的。当我们追溯得足够久,宇宙应该有一个开始,那就是所有物质都集中在一起的那个状态——一个奇点。
(图片说明:奇点艺术图)
经过多年的研究,科学家们逐渐认同了这个观点。现在的研究表明,宇宙大约是在138亿年前从那个传说中的奇点诞生的,所有的物质从奇点里释放出来,整个宇宙开始膨胀,一直到今天。这个理论,就是著名的宇宙大爆炸。
宇宙大爆炸理论解决了人类困惑了上千年的问题,那就是我们的世界从何而来。然而,有些人还是对此有质疑:难道这就足够证明宇宙的诞生理论了吗?
那么,除了对于宇宙膨胀现状的反推之外,科学家还有没有其他关于大爆炸理论的证据呢?
(图片说明:宇宙大爆炸模拟动画)
根据大爆炸理论,宇宙在刚诞生的时候是非常热的,最热的时候,甚至连原子都无法存在,整个宇宙都处于等离子态,以至于光子也无法传播。直到温度下降到大约3000℃时,光子得以与等离子体脱耦并自由传播。这些光子经过漫长岁月的传播,波长也被极度拉长,来到了微波的波段,因此就被称为宇宙微波背景辐射。
(图片说明:宇宙微波背景辐射)
到了20世纪60年代,美国射电天文学家阿诺·彭齐亚斯和罗伯特·威尔逊意外发现了宇宙微波背景辐射,再一次证明了大爆炸理论的准确性,并因此在1978年获得了诺贝尔奖。直到今天,宇宙微波背景辐射仍然是科学家们研究早期宇宙的重要手段和工具,透露着宇宙最原始的秘密。
我们沿着宇宙微波背景辐射出现后的岁月继续说:光子脱耦的原因,在于等离子体结合成了原子。那个时候,宇宙中的原子基本都是氢原子,还有少量的氦,这些物质在引力的作用下形成了宇宙中最早期的恒星。
(图片说明:第一批恒星非常巨大)
早期的恒星在死亡时,会通过氦的聚变形成碳、氮、氧等元素,而它们的超新星爆发则会形成更重的元素如铁、锰等。然后,这些元素弥散到宇宙空间,再随着其他的氢和氦一起形成新的恒星,然后这一批恒星再死亡……到了今天,我们看到的太阳,已经是第三代恒星了。
这些理论都是基于宇宙大爆炸的假设,按照这个理论,第一批恒星内部应该只有氢和氦,而第二代恒星内部已经有其他的元素的,至于太阳内部,像铁这样的元素应该比第二代恒星更多。观测结果也证明了这一点,我们已经观测到了很多贫金属的第二代恒星,意味着大爆炸理论是成立的。
(图片说明:科学家已经可以了解太阳的内部)
直到今天,还是有很多人对宇宙大爆炸理论充满了质疑,你是相信大爆炸理论还是怀疑呢?可以在评论区讨论一下~
不仅仅是普通人,甚至有些科学家对于大爆炸理论也不相信,比较著名的一位,就是英国天文学家弗雷德·霍伊尔。这位仁兄是宇宙稳态论的忠实信徒,完全不相信这一套理论。即便哈勃指出遥远的星系证明了宇宙空间存在膨胀的现象,霍伊尔仍然认为那只是局部膨胀,膨胀的空间来自于另一部分宇宙的收缩,以保持整个宇宙的稳定。
(图片说明:宇宙有数万亿个星系)
当时关于宇宙诞生的理论刚刚提出,天文学家们还没有给这个理论起名字。霍伊尔还嘲讽说:咋的,难道宇宙“嘭”地一下来了一个大爆炸,然后就出现了?
没错,这就是“宇宙大爆炸”这个词的由来。他做梦也没想到,自己用来嘲讽别人的词,竟然成为了这个理论的名称,以至于今天这个词语比他本人还有名得多。人生被打脸的严重程度,恐怕是莫过于此了吧。
(图片说明:哈勃望远镜就是根据埃德温·哈勃来命名的)
不论怎样,大爆炸宇宙论今天已经深入人心,得到了大部分科学家的认可。虽然其中确实还有很多谜题,但相信科学家早晚有一天会找到答案。当然了,目前这件事也不能完全盖棺定论,不过,如果有人想要推翻大爆炸宇宙论,还要连带着将上面所有的证据都推翻,这个难度确实是有点大啊……
天文学听起来是一门非常高深的学问——的确如此,但有的时候也没有大家想象的那么遥不可及。就像寻找系外行星一样,很多天文学理论很容易理解——只要找到合适的方法。
这本《宇宙入门》,就是一部非常善于将天文学知识以通俗语言传递给普通人的好书。这部书由BBC官方出版,被选入英国开放大学公开课,又由中科院天文学专家审定,内容专业却不晦涩,生动又不失严谨,是非常难得的一部作品。
(图片说明:BBC天文学力作)
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宇宙大爆炸是一种宇宙理论,有相当多的科学家支持这种观点。也有不少科学家对这种观点持怀疑态度。 早在1917年,阿尔伯特•爱因斯坦就预言宇宙会膨胀,只是直到他看到哈勃和休马森的证据,爱因斯坦自己才相信。爱因斯坦的广义相对论认为星系可能会因为空间本身的膨胀而分裂。 太空望远镜发现星系在每个方向上都离我们近460亿光年。彼此相距近920亿光年。用大爆炸的最简单模型来解释,这就是整个宇宙。但值得注意的是,根据描述宇宙起源的一个戏剧性的新理论,这可能只是整个宇宙中的一个斑点。 f2deb48f8c5494ee379687793df5e0fe99257e1e
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