生活中很少有東西比宇宙的廣闊無垠更能引起人們的好奇心和迷戀,縱觀歷史,從宗教學(xué)者、哲學(xué)家到現(xiàn)代作家和宇航員,每一個(gè)人都試圖解釋萬物真正的起源。
當(dāng)今科學(xué)界和學(xué)術(shù)界的主導(dǎo)學(xué)說是“宇宙大爆炸”學(xué)說,而鑒于有越來越多的證據(jù)證明這一不可思議的事件,許多人不再認(rèn)為“大爆炸”是一種理論。然而,如果140億年前沒有人活著,我們?cè)趺粗来蟊ㄊ欠裾娴陌l(fā)生了呢?
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“大爆炸”簡(jiǎn)介
簡(jiǎn)單地說,大爆炸理論認(rèn)為我們生活在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中,這個(gè)宇宙大約有140億年的歷史,在宇宙誕生的最初時(shí)刻,宇宙中的所有物質(zhì)都從一個(gè)被稱為奇點(diǎn)的無限密度點(diǎn)爆發(fā)出來。這種物質(zhì)(亞原子粒子)是在宇宙形成的最初幾微秒內(nèi)形成的,當(dāng)它向外膨脹時(shí),需要數(shù)十萬年的時(shí)間才能聚合。這些亞原子粒子形成了質(zhì)子,這些質(zhì)子由于引力而結(jié)合在一起形成簡(jiǎn)單的元素,最終形成了恒星、星系、小行星、星云、衛(wèi)星、樹木、河流以及宇宙中的所有其他物質(zhì)。
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圖解:大爆炸的各個(gè)階段
“大爆炸”一詞第一次被使用是在1949年的一次廣播中,最初的意思是對(duì)該理論的批判(演講者不同意“大爆炸”的概念,而是更喜歡宇宙的穩(wěn)態(tài)理論)。然而,大爆炸的可觀測(cè)證據(jù)早在幾十年前就被發(fā)現(xiàn)了,阿爾伯特·愛因斯坦(Albert Einstein)等天才也使之廣為流傳。由于它解釋了宇宙中絕大多數(shù)觀測(cè)到的現(xiàn)象,它已成為天文學(xué)領(lǐng)域的主流理論。
但是我們?cè)趺粗滥?
宇宙越來越“膨脹”
有時(shí),科學(xué)必須以退為進(jìn),發(fā)展理論來解釋觀察結(jié)果,而不是提出假設(shè)并加以檢驗(yàn)。大爆炸就是一個(gè)很好的例子。當(dāng)我們觀察宇宙中遙遠(yuǎn)的星系和恒星時(shí),一種奇特的現(xiàn)象出現(xiàn)了——它們都在遠(yuǎn)離我們。這讓我們相信,我們生活在一個(gè)不斷膨脹的宇宙中,當(dāng)你把時(shí)鐘往回?fù)艿阶畛醯臅r(shí)候,就會(huì)發(fā)現(xiàn),一切都是從一個(gè)單一的點(diǎn)開始的,從那個(gè)奇異的時(shí)刻(大爆炸)開始,一切都在向外膨脹。
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膨脹的宇宙
我們知道宇宙中幾乎所有的東西都在遠(yuǎn)離我們,這是由于那些天體的主導(dǎo)“紅移”。從本質(zhì)上講,當(dāng)一個(gè)物體遠(yuǎn)離我們(觀察者)時(shí),我們探測(cè)到的光波被拉伸得更大,使它們的顏色更紅,而不是當(dāng)一個(gè)物體向我們移動(dòng)時(shí)變化那么大。
宇宙微波背景
當(dāng)人類想到光時(shí),它是一個(gè)相當(dāng)狹窄的概念,因?yàn)榭梢姽庠谡麄€(gè)光譜中只占很小的一部分。然而,其他形式的光,如x射線、紅外光和微波,對(duì)天文學(xué)家和科學(xué)家研究宇宙和了解宇宙的歷史是極其重要的。
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圖解:可觀測(cè)宇宙的宇宙微波背景
在大爆炸的那一刻,大量的能量和物質(zhì)被釋放出來,用光充滿了整個(gè)宇宙(最初是很小的)。在過去的138億年里,光或多或少一直在膨脹和擴(kuò)散,以一種統(tǒng)一的方式充滿了宇宙。通常,當(dāng)我們檢測(cè)到光時(shí),我們可以確定紅移或藍(lán)移(如上所述),因?yàn)樗鼇碜砸粋€(gè)固定的光源。然而,我們可以探測(cè)到強(qiáng)度相同、從各個(gè)方向發(fā)出的微波,這表明它們從一開始就存在。科學(xué)家們恰當(dāng)?shù)貙⑵涿麨椤坝钪嫖⒉ū尘啊薄?/p>
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宇宙膨脹和引力波
在大爆炸之后,一個(gè)被稱為“宇宙膨脹”的時(shí)期理論上已經(jīng)發(fā)生了。在宇宙歷史的這段時(shí)間里,產(chǎn)生了引力波和密度波。自2015年9月24日LIGO首次探測(cè)到引力波以來,近幾個(gè)月來引力波已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。
引力波本質(zhì)上是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的波紋,是愛因斯坦狹義相對(duì)論的重要組成部分。隨著我們探測(cè)引力波的能力的提高,我們有可能從大爆炸后的幾秒鐘就探測(cè)到現(xiàn)有的引力波。換句話說,我們的觀測(cè)和證據(jù)繼續(xù)支持大爆炸理論。
宇宙的成熟
現(xiàn)在的理論認(rèn)為,最早的星系在大爆炸后大約10億年形成,從那時(shí)起,星系和星云的成熟導(dǎo)致了星系團(tuán)和更大的恒星形成。隨著時(shí)間的推移,恒星和整個(gè)星系都會(huì)死亡和燃盡,但它們的殘余仍然可以被發(fā)現(xiàn)。當(dāng)我們觀察宇宙中較老的區(qū)域時(shí),相對(duì)于那些古老的星系和那些“年輕”的星系而言,我們會(huì)看到他它們基本的差異。
這表明宇宙仍在成熟和變化,回顧大爆炸年代就像翻閱年鑒一樣,隨著時(shí)間的推移,外觀的變化非常明顯。
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還有什么謎團(tuán)嗎?
盡管過去一個(gè)世紀(jì)的許多觀測(cè)和發(fā)現(xiàn)有助于支持大爆炸理論,但仍有一些方面讓現(xiàn)代天文學(xué)家感到困惑。例如,暗能量和暗物質(zhì)的作用還沒有被完全理解,但人們懷疑它們與觀測(cè)到的宇宙膨脹加速度有關(guān)。(是的,我們不僅向外擴(kuò)張,而且還在加速)。
還有一些爭(zhēng)論點(diǎn),例如宇宙的形狀和最終的命運(yùn)。我們會(huì)永遠(yuǎn)擴(kuò)張,直到所有的能量都消耗殆盡(大凍結(jié)理論),還是我們會(huì)以“大坍塌”結(jié)束,宇宙中的所有物質(zhì)最終都會(huì)回歸到一個(gè)奇點(diǎn),重新開始整個(gè)大爆炸過程?
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圖解:各種宇宙形狀理論
我們可以肯定,關(guān)于大爆炸以及未來會(huì)有更多的問題,但我們每年都在尋找更多的答案。隨著我們的技術(shù)不斷進(jìn)步,我們的觀測(cè)也不斷驗(yàn)證我么的理論,我們幾乎不可能否認(rèn)生命、宇宙和一切的起源……那么大爆炸就是有意義的!
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