宇宙真是大爆炸产生的吗 这个理论有多少可信度?
宇宙大爆炸理论是一种科学假设理论,其奠基石是哈伯红移,理论基础是相对论。
宇宙为什么是这个样子呢?千百年来,人类一直在观测和思考,但一直到了中世纪,哥白尼、伽利略、牛顿等大科学家的出现,人类对宇宙的观测和研究才进入了真正的科学时代。
牛顿时代,包括他之前的哥白尼和伽利略都认为宇宙是静态的。这个观点延续了很长时间,那时的科学界认为,宇宙生来就如此,无始无终无边无际。但随着科学观测发现不断深入和研究,科学家们发现,很多宇宙现象并不符合这种理论的描述,于是有人提出了动态宇宙学说。
大爆炸宇宙论提出后,比较满意的解释了宇宙的现象和运动规律,因此成为现代宇宙学中最有影响力的学说,这个理论认为宇宙由一个无限小无限热的奇点爆炸诞生,是一个从极高密度到稀松、从热到冷的演化过程。
这个理论经历了百年磨砺,已经成为科学界主流共识的标准宇宙理论。
大爆炸理论的诞生,经历了曲折艰难的过程,开始是很不受科学界待见的,因为与圣经中的说法相有相似之处。
那个时代达尔文的进化论刚刚开始征服整个科学界,宗教界蒙骗这个世界多年的“上帝创造论”被推翻,科学界对整个传统理论都有一种逆反心态。而《圣经》对宇宙的解释中正好有一个“起点”,科学界这个时候的理论是坚持宇宙物质恒定不变,无始无终,所以对宇宙有一个“起点”的理论一概采取排斥的态度。
就连睿智的爱因斯坦也深受这个思潮的影响,他在总结引力方程时,发现Rμv-(1/2)Rgμv=kTμv公式,根据这个公式推导出宇宙是个不断变化和动态的,这显然违背了静态宇宙的理论。于是他在这个公式里加上了一个宇宙常数“∧”,以使这个公式符合静态宇宙理论要求。后来爱因斯坦根据哈勃红移的发现,重新拿掉了这个常数,并承认这是他一生中最大的错误之一。但现在发现了暗物质后,又有人觉得这个常数还是很有意义的,这个就不在这里讨论了。
所以,并不是现在还有一些人盲目反对宇宙大爆炸理论,在那个时代,科学界主流也有盲目的时候。但这正是科学界与民间愚昧反智者不同的地方,科学家们一旦弄清了事实就会很乐意的更正自己的错误,以得到了真相而兴奋。而民间愚昧反智者则更像一个装睡的人,永远叫不醒。但很多人并不是装睡,而是本来就一辈子都睡不醒。
所以现在反对宇宙大爆炸理论的主要是民科民间反智者,在科学界这个理论已经被主流公认。
大爆炸宇宙论经历了初始的酝酿、论证阶段和成熟阶段,上世纪中叶得以正式确立,成为科学界标准宇宙模型。
最早最得力的证据是美国科学家埃德温·哈勃于1922年通过观测,发现了宇宙星系的红移现象,形成了宇宙膨胀的观点。
1929年,哈勃经过多年的跟踪观测和研究,发现了宇宙各向均匀膨胀的现象,就是不管从那个方向看,远方的星系都在急速远离我们,而近处的星系正在向我们靠近。
这个具有里程碑意义的发现,说明在很早的时期,宇宙中的所有天体应该是靠的很近的,且最早期它们应该是挤在一起的。这种发现暗示了宇宙有一个大爆炸时刻,这个时刻就是“奇点”时刻。在这个“奇点”时刻,星系是挤在一起的,它们之间的距离为“0”。
哈勃红移是20世纪最伟大的发现,奠定了现代天文学的基础,埃德温·哈勃成了那个时代最伟大的科学家之一,与之相映成辉为世界天文观测立下汗马功劳的哈勃望远镜,就是以这位科学家名字命名的。
爱因斯坦刚听到了哈勃观测发现星系红移的情况,就急匆匆赶到威尔逊天文台,在哈勃引导下亲自观测了红移现象,从此这个伟大的科学家去掉了引力场方程中的宇宙常数,并向全世界公开承认过去主观意识影响科学结论的错误。
1948年,美国核物理学家、宇宙学家乔治·伽莫夫将相对论引入了宇宙学,提出了热大爆炸宇宙学模型。
他认为宇宙从高温高密的原始物质,随着膨胀,温度逐渐下降,形成了现在的星系等天体。他同时预言了宇宙微波背景辐射的存在,这个预言在1964年被几位科学家所观测证实,并因此获得诺贝尔物理学奖。
这个理论基于两个基本假设,即物理定律的普适性和宇宙学原理。因此这个假设是建立在科学界广泛共识的公理上面的,科学界通过这两个公理验证了各种观测发现,证实了这个理论的预测。
通过对第一个基本假设的验证,得到了宇宙诞生以来绝大多数时间内,精细结构常数相对误差不会超过10万分之一;通过对太阳系和双星系统的观测,广义相对论得到了非常精确的实验验证;在更广阔的宇宙大尺度上,大爆炸理论在很多方面取得的观测也对相对论最有力的支持。
第二个基本假设是宇宙学原理,就是在不确定特别观测者或者观测者位置前提下,宇宙膨胀的均匀性在大尺度观测上得到证实。
大爆炸理论酝酿研究一个世纪以来,得到了越来越多证据的支持,已经成为了科学界标准理论,并指导着宇宙学各个领域的研究和发展。
当然最伟大和奠基的证据还是哈勃红移。宇宙各向均匀膨胀已经成为最坚实的证据。
2013年欧洲航天局最新测量出来的哈伯常数值为67.80±0.77(km/s)/Mpc。这个意思就是通过观测,在距离我们326万光年的地方,星系离开我们的速度为每秒钟67.8公里,正负误差为0.77公里。
根据哈勃红移各向同性均匀膨胀的理论,距离越近膨胀越慢,距离越远膨胀叠加速度越快,并成正比递增的原理,在465亿光年可视宇宙半径最远处,星系离开我们的速度就是每秒96.7万公里,是光速的3倍多。这说明宇宙还在以超光速膨胀。
根据哈伯常数和其他一些观测,科学界推测出宇宙大爆炸时间在距今138.2亿年前,这样就得出了一个宇宙成长史,即从奇点开始大爆炸发生后宇宙时间简史。
根据这个简史,科学家对每一个时间段宇宙的温度密度物质等变化都进行了描述。
宇宙从爆炸开始那一刻,叫普朗克时间,即大爆炸后10^-43秒,温度为10^-32度,密度为10^94克/立方厘米。然后根据发展变化制定出了每个时间段的精确演化过程。将这个模型与科学界对实际情况的观测发现和研究对比,得出了全部过程基本吻合的结论,并且发现测得宇宙微波背景辐射温度为3K,同样符合预期。
星系的生成和演化、黑洞的发现、引力波的发现、时空弯曲的证明等这些事实,既证明了爱因斯坦相对论的精确预言,同时也证明了以相对论为基础形成的宇宙大爆炸理论的正确,这些事实都符合宇宙大爆炸的演化和特征。
根据大爆炸模型还可以测算出宇宙温度从高到底,各种元素生成的过程和丰度。
观测证明只有大爆炸理论才能完美的解释如今宇宙中各种元素的比例组成。这里面有代表性的是氦元素的丰度。大爆炸理论推测出的轻元素比例大约为:氦-4/氢=0.25,氘/氢=10^-3,氦-3/氢=10^-4,锂-7/氢=10^-7。实际的观测数据粗略符合,没有任何其他理论能够推测出这种精细的结果。
视界的存在,同样符合大爆炸理论预期。
大爆炸理论认为,大爆炸开始,宇宙处于极端密集状态,实际上是一锅浓浓的夸克汤,光子也无法溢出,因此宇宙有一个不透明时期,这个时期就是宇宙的过去视界。宇宙依然在加速扩张膨胀,这个膨胀一直进行下去,将会出现一个未来视界,人类的目光无法企及这个未来视界。科学界在观测早期宇宙时被这个视界所限制。不管是过去视界还是未来视界,人类的目光和电波都无法企及。不过现在发现了引力波,科学界认为,或许引力波能够透露出宇宙不透明初始时期一些的蛛丝马迹。所以,引力波发现震惊了全世界科学界。
宇宙大爆炸理论已经成为了科学界普遍认同的一个成熟理论,大爆炸宇宙模型是天文学中共识度最高的标准模型,现代几乎所有的宇宙学研究,都以这个模型为基础。
但这个理论依然在完善和充实中,尤其是对早期宇宙研究,受到了视界的限制,尚没有得到最有力的证据。因此在科学界也还有一些讨论,也有人提出一些宇宙假设,但没有哪一个假设能够有大爆炸宇宙论这么完美的解释这个世界,有这么多的观测发现证据支撑。
暗物质暗能量的发现和研究、中微子等新的粒子发现和研究、量子力学的发展等一系列科学深入研究,给宇宙大爆炸理论提出了新的挑战,也使这个理论走向越来越完美的目标。
大爆炸理论推测出了最早星系距离为“0”的奇点,但并不知道奇点为何物。大爆炸宇宙论只是研究奇点大爆炸以后,时空宇宙出现后的情况,并不研究奇点本身。因为这个奇点不是宇宙中的事物,不受我们宇宙规律或者说现代物理学理论的约束,因此无法给出准确的答案。
有的科学家认为,这个奇点是某种超时空的东西~是一种量子真空(假真空),里面充满着与海森堡不确定性原理相符的量子能量扰动,这种扰动不平衡时就导致了爆炸,我们世界的时空就随着爆炸而产生。
在这之前,没有我们的世界,任何研究都是无效的。
所以,现在认为追究奇点或者奇点之前是个什么样子都是无意义的,因为对我们这个世界来说,那就是“无”,连“样子”、“情况”这样的概念也没有。
就是这样,欢迎大家共同探讨。
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