今天我們來聊一個天文學比較熱門的問題:既然宇宙大爆炸只是一個假說而已,為什么能被眾多科學家們認可呢?其實絕大多數人都對大爆炸理論所有誤解。
很認為它解釋了宇宙的起源問題。例如描述宇宙誕生于138億年前,一個密度和溫度無限高的奇點。隨后一場大爆炸誕生了整個宇宙。
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然而,這種說法早在1982年,就已經被暴脹理論所取代了。奇點論只是基于廣義相對論反推的數學結果,大爆炸理論事實上從未證實過奇點的存在,當時的物理學家們也普遍不認同這種說法。
但奇點論作為主流的科學認知,在全世界范圍內流行了約 50 年,包括教科書、紀錄片均將“奇點”作為宇宙起源,這才不斷被其他宇宙模型所質疑。
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實際上,大爆炸理論的優勢在于將不可觀測的起源問題,轉化為了可觀測驗證的演化問題。也就是說:它只負責描述暴脹后的宇宙是如何演化至今的。
其核心觀點為:我們的宇宙經歷過一個尺度極小溫度極高的早期。該理論適用于宇宙誕生10^-32秒后,也就是從宇宙暴脹之后的熱大爆炸開始,在這之前發生的事情就不歸它管了。
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這樣一來,現代大爆炸模型就幾乎等同于宇宙演化史,也是目前唯一完備的宇宙演化模型。相關研究已經斬獲 6 項諾貝爾物理學獎,那么大爆炸理論到底有沒有爭議呢?目前天文學家已經觀測到了三大重要證據。
第一,宇宙膨脹。早在1929年,天文學家哈勃觀察到了遙遠星系的光譜幾乎都存在紅移現象,這意味著星系普遍都在加速的遠離我們,并且距離的越遠,他們遠離的速度也越快,最終得出了宇宙是在不斷膨脹的結論。
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這里可以理解為吹氣球那樣,如果把星系比作氣球上的圖案,那這些圖案之間的距離就會因為氣球的逐漸增大,而導致相互遠離的速度越快。
既然宇宙在不斷膨脹,這就說明之前所有星系的距離都是更為靠近的,以至于能追溯到宇宙才剛開始膨脹時。就像還未被吹氣的氣球那樣,所有物質都被匯集到了一個狹小的空間里一樣。
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第二,宇宙元素的豐度。在大爆炸理論中,由于宇宙誕生初期的溫度極高,使得質子與中子相互發生了極其猛烈的碰撞,根本無法形成穩定的原子核結構。
直到大爆炸后的幾分鐘里,隨著空間膨脹讓宇宙的溫度降低到一定程度時,便會經歷所謂的太初核合成。按照大爆炸的模型,此過程主要會產生75%的氫和25%的氦。
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而在我們的實際觀測中,通過對太陽以及其他恒星和星云等天體進行光譜分析后,最終可得出宇宙中的元素占比大概就是75%的氫以及24%的氦。
而剩下約1%的其他元素,則多數是通過恒星內部核聚變所產生的,這就與大爆炸模型中的預測非常吻合了。我們也可以想想看,如果宇宙沒有一個開端,那如今絕大部分的氫元素是不是早已演化成重元素了呢?
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第三,宇宙微波背景輻射作為大爆炸理論的直接證據,這可以理解為是宇宙中最古老的光。這些光形成于距離大爆炸約37萬年后。
隨著宇宙膨脹至今,其波長早已被拉長到我們肉眼無法看見的微波波段。而這張高精度的宇宙微波背景輻射,就相當于是大爆炸后留下的余暉。
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它是歐洲航天局研制的普朗克望遠鏡,掃描了幾乎整個宇宙所繪制出來的圖像。同時也計算出了宇宙的精確年齡為138.2億年。
當然,我們甚至可以說,宇宙微波背景輻射也是宇宙還處于嬰兒時期的照片,這為大爆炸理論提供了一個非常有力的證據。
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因此,大爆炸理論并不是隨隨便便猜想出來的,而是進行有依據的觀測所推導出來的。不過這畢竟是發生于138億年前的事情了,我們對大爆炸的具體認知仍然存在許多細節上的空缺。
但隨著人類不斷的探索宇宙,相信這個關于宇宙起源的終極謎團將會逐漸地浮出水面。看到這里,不知你對大爆炸理論的可信度感到如何呢?
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