今天我们来聊一个天文学比较热门的问题:既然宇宙大爆炸只是一个假说而已,为什么能被众多科学家们认可呢?其实绝大多数人都对大爆炸理论所有误解。
很认为它解释了宇宙的起源问题。例如描述宇宙诞生于138亿年前,一个密度和温度无限高的奇点。随后一场大爆炸诞生了整个宇宙。
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然而,这种说法早在1982年,就已经被暴胀理论所取代了。奇点论只是基于广义相对论反推的数学结果,大爆炸理论事实上从未证实过奇点的存在,当时的物理学家们也普遍不认同这种说法。
但奇点论作为主流的科学认知,在全世界范围内流行了约 50 年,包括教科书、纪录片均将“奇点”作为宇宙起源,这才不断被其他宇宙模型所质疑。
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实际上,大爆炸理论的优势在于将不可观测的起源问题,转化为了可观测验证的演化问题。也就是说:它只负责描述暴胀后的宇宙是如何演化至今的。
其核心观点为:我们的宇宙经历过一个尺度极小温度极高的早期。该理论适用于宇宙诞生10^-32秒后,也就是从宇宙暴胀之后的热大爆炸开始,在这之前发生的事情就不归它管了。
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这样一来,现代大爆炸模型就几乎等同于宇宙演化史,也是目前唯一完备的宇宙演化模型。相关研究已经斩获 6 项诺贝尔物理学奖,那么大爆炸理论到底有没有争议呢?目前天文学家已经观测到了三大重要证据。
第一,宇宙膨胀。早在1929年,天文学家哈勃观察到了遥远星系的光谱几乎都存在红移现象,这意味着星系普遍都在加速的远离我们,并且距离的越远,他们远离的速度也越快,最终得出了宇宙是在不断膨胀的结论。
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这里可以理解为吹气球那样,如果把星系比作气球上的图案,那这些图案之间的距离就会因为气球的逐渐增大,而导致相互远离的速度越快。
既然宇宙在不断膨胀,这就说明之前所有星系的距离都是更为靠近的,以至于能追溯到宇宙才刚开始膨胀时。就像还未被吹气的气球那样,所有物质都被汇集到了一个狭小的空间里一样。
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第二,宇宙元素的丰度。在大爆炸理论中,由于宇宙诞生初期的温度极高,使得质子与中子相互发生了极其猛烈的碰撞,根本无法形成稳定的原子核结构。
直到大爆炸后的几分钟里,随着空间膨胀让宇宙的温度降低到一定程度时,便会经历所谓的太初核合成。按照大爆炸的模型,此过程主要会产生75%的氢和25%的氦。
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而在我们的实际观测中,通过对太阳以及其他恒星和星云等天体进行光谱分析后,最终可得出宇宙中的元素占比大概就是75%的氢以及24%的氦。
而剩下约1%的其他元素,则多数是通过恒星内部核聚变所产生的,这就与大爆炸模型中的预测非常吻合了。我们也可以想想看,如果宇宙没有一个开端,那如今绝大部分的氢元素是不是早已演化成重元素了呢?
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第三,宇宙微波背景辐射作为大爆炸理论的直接证据,这可以理解为是宇宙中最古老的光。这些光形成于距离大爆炸约37万年后。
随着宇宙膨胀至今,其波长早已被拉长到我们肉眼无法看见的微波波段。而这张高精度的宇宙微波背景辐射,就相当于是大爆炸后留下的余晖。
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它是欧洲航天局研制的普朗克望远镜,扫描了几乎整个宇宙所绘制出来的图像。同时也计算出了宇宙的精确年龄为138.2亿年。
当然,我们甚至可以说,宇宙微波背景辐射也是宇宙还处于婴儿时期的照片,这为大爆炸理论提供了一个非常有力的证据。
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因此,大爆炸理论并不是随随便便猜想出来的,而是进行有依据的观测所推导出来的。不过这毕竟是发生于138亿年前的事情了,我们对大爆炸的具体认知仍然存在许多细节上的空缺。
但随着人类不断的探索宇宙,相信这个关于宇宙起源的终极谜团将会逐渐地浮出水面。看到这里,不知你对大爆炸理论的可信度感到如何呢?
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