为什么宇宙形成于137亿年的大爆炸，而非无始无终的恒定结构？

起源假说-从地球所在的太阳系，到星系的范畴，宇宙

从大约46亿年前坍缩形成太阳和原行星盘的分子云，到整个太阳系的其他行星和行星形成卫星等天体，然后迁移到行星海王星和天王星的原始位置。众所周知，现在我们用星云假说来解释整个太阳系是如何诞生的，并且在对年轻恒星的实际观测研究中得到了进一步证实。

众所周知，地球上所有依赖地球资源生存的生命都位于太阳系，而太阳这颗照亮我们的恒星位于中等恒星系统银河系。虽然地球的质量只有母星的1/330,000，但太阳只是银河系中一颗普通的恒星。而那些位于宇宙中其他星系的超大质量恒星甚至可以达到太阳质量的300倍左右。

虽然人类对太阳系的演化有了更深入的了解，发现的系外行星数量已达数千颗，但我们目前的探测技术仍然有限。例如，地外生命和地外文明的存在就很难确定，宇宙中究竟有多少个银河系大小的岛屿还不得而知。那么为什么宇宙是在137亿年前的一次大爆炸中形成的，而不是一个无始无终的恒定结构呢？大爆炸假说是如何击败稳态理论的？

什么是宇宙稳态理论？

其实在人类探索宇宙的漫长历史中，曾提出过各种关于宇宙起源的理论。而人们对宇宙的认识，也从远古时代创造的神话故事，发展到近代科学的物理定律检验和证明。但即使是现代宇宙学研究的宇宙模型，也不是唯一广为人知的标准宇宙模型——大爆炸模型。

虽然非标准模型没有标准宇宙模型那么独特，但稳态假说一定是最有影响力的代表之一。宇宙稳态理论完美地避免了“奇点”的困扰，使宇宙在时空维度上从来没有一个确定的起点，无始无终地不断创造新事物。简而言之，宇宙无论是过去、现在还是未来，在结构上都处于相同的状态。

在著名科学家艾萨克·牛顿的巨著中，他把不断向四面八方扩张的虚无空间描述为包括太阳系在内的宇宙。宇宙万物运动时的动力来源，都是从万有引力原理出发的。但在随后的时间里，由于使用造父变星时哈勃常数太大，宇宙的年龄显然被错误估计了：毕竟地球的寿命是46亿年，而宇宙本身只有2亿年，这显然不符合基本逻辑。

在稳态模型中，虽然宇宙中每天都在产生新的物质，但就宇宙所包含的所有物质而言，密度并没有因为时间的推移而改变。无论我们何时何地观察它，可观察的宇宙基本上是完全无法区分的。总之，在无限大的宇宙空间中，所有位置的物质分布都是均匀的，时间和位置是等价关系，宇宙图像不会因观察者的意识而发生偏移。

宇宙稳态理论的主要论点是什么？

准确地说，稳态宇宙学是在1948年提出的，是由弗雷德·霍伊尔、邦迪和戈尔德三位年轻的天体物理学家提出的。而且这个观点在当时得到了很多天文学家的支持，主要依据如下：

首先，哈勃观测到的星系数据得到的宇宙膨胀速度存在时间尺度问题，距离远近较大的值会导致膨胀率有规律地增加。假设宇宙从一个小空间开始演化，并以500km/Mpas的速度持续。那么，这意味着所有物质的膨胀时间，也就是宇宙的最大年龄只有20亿年左右。显然，这一结果与古代岩石（约46亿年）的放射性测年数据相矛盾。

其次，稳态理论扩展了爱因斯坦的宇宙学原理，宇宙创造新物质的速度大约是每千亿立方米每立方米一个氢原子。早在1931年，爱因斯坦就提出了抑制引力的宇宙学常数，宇宙中所有大尺度结构都具有稳定性、均匀性和各向同性的基本特征。

同时，大爆炸理论虽然最先提出，但无法解释当时星系是如何产生的；而在稳态理论中物质的产生是一件很自然的事情，而且任何时候都在发生。新物质的产生和观察到的膨胀现象可以用稳态的波动解来解释，为什么物质在空间中局部分布不均匀。

此外，稳态宇宙学不可能有高密度或高温的初态，也没有奇点。但是，在基于稳态宇宙的超前势和滞后势的研究中，只有滞后势在实际观测中得到了证实，这也从间接的角度支持了宇宙的恒定和无穷无尽的结构。

为什么宇宙是在137亿年的大爆炸中形成的，而不是无始无终的恒定结构？

大爆炸假说最早于1927年提出，比宇宙稳态理论早21年诞生。1946年正式提出。事实上，大爆炸并不是真正的异常巨大的爆炸，而是宇宙系统在这期间急速飙升，导致其中的物质密度由稠密变为稀疏。

客观的说，无论是大爆炸宇宙论还是宇宙稳态论，都是宇宙学领域内本质不同的理论。宇宙稳态理论虽然在一段时间内被许多天文学家和人们所相信，但最终在随后的时间里被推翻。大爆炸假说下的宇宙始于一次大爆炸，并在大约137亿年前的奇点处膨胀。我们现在看到的宇宙，经历了一段忽冷忽热的时期。

毫无疑问，宇宙稳态理论确实是大爆炸假说的劲敌，但这种情况在1950-1960这十年间发生了翻天覆地的变化。随着人类探测技术的进步，越来越多的更多的实际观测开始向大爆炸假说倾斜，成为推翻稳态假说的证据：

哈勃实际观测中发现的星系红移现象，说明光波的波长变长了。光波的拉长是宇宙膨胀的结果，科学家们已经确定了许多星系的位置以及不同星系之间的大致距离。

当科学家们观察射电星系和类星体时，这些射电源是在离地球特别远的星系中发现的。也就是说，在这些与银河系不相邻的星系中，研究人员能够探测到来自类星体的射电源，这说明很多星系都因为时间的流逝而逐渐变得沉寂。然而，它们距离遥远不易被发现并不意味着它们不是真正的宇宙物质。

1961年，研究人员收集了大量射电功率数据后，统计分析的结果表明，星系中明亮射电的分布并不均匀。这无疑是对宇宙稳态理论的致命打击，因为实际观测已经证实，宇宙中的物质分布存在差异，而不是恒定不变。

其实1964年发现的CMB（CosmicMicrowaveBackground）是推翻宇宙稳态理论的主要论据。同时，以哈勃太空望远镜为代表的观测发现，宇宙在过去的数十亿年里一直在加速膨胀。改进后的哈勃常数估计宇宙膨胀率为43.5～46mps/Mpc，3%的误差范围与实际观测到的宇宙年龄约138亿岁高度吻合。

时至今日，即使还有一些天体物理学家或宇宙学家在研究宇宙的稳态理论，或者在稳态理论的基础上演化出新的变体。但是，就目前的研究而言，它不太可能取代大爆炸理论来解释宇宙的诞生。

而且随着2014年发现宇宙存在原始引力波的证据，以及观测到两个约30倍太阳质量的黑洞并合后形成的引力波13亿多年前，在有了如此多的实际观测证据后，大爆炸假说面临的质疑越来越少。

虽然大爆炸本身是宇宙学中的假说，但它的科学性已经被越来越多的实际观测所证实。这也是大爆炸理论在所有宇宙起源假说中脱颖而出，被更多当代人所相信的根本原因。