宇宙大爆炸理论的前世今生

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根据大爆炸理论，宇宙源于一个体积无限小、密度无限大的”纯能量奇点“。在138亿年前的某个时刻，这个”奇点“突然开始膨胀，空间和时间由此诞生，其中一小部分能量逐步转化成各种元素、物质、星系等，更多的则以”暗物质、暗能量“的形式在宇宙中”飘荡“。
在”奇点“开始膨胀前，没有时间，也没有空间，更没有能量物质；没有光明也没有黑暗，没有金属也没有非金属，没有生命也没有非生命，是真正的什么都没有。
可”奇点“是从哪来的？谁创造了”奇点“？它又是怎么开始膨胀的？谁给了它最初的一击将它唤醒？至今为止都还是个谜，谁也说不清道不明。
人类对宇宙和宇宙起源的探索已经有几千年的历史了。2000多年前，古希腊著名的哲学家思想家亚里士多德认为宇宙是无边无际无始无终的，根本就没有起源这一说。
虽然亚里士多德的名气很大，影响也很大，但他的宇宙观却受到了包括基督教、犹太教在内的很多宗教的坚决反对。他们坚信是上帝创造了宇宙，宇宙是有起点的，【圣经】开头第一句话就是：”起初，神创造了天地。“更有甚者，17世纪的爱尔兰一个名叫詹姆斯 乌雪（James Ussher）的主教经过长时间的研究，确定神是在公元前4004年10月23日创造了宇宙，那天刚好是星期日。
虽然上帝创世说在普通民众的精神层面很有影响力，但在科学界亚里士多德的观点一直被奉为圭臬，直到17世纪另一个伟大的科学家思想家牛顿出现了。
牛顿认为在“大尺度”或“宏观”上来说，宇宙是无限的、静止的、不变的。这里需要强调的是“大尺度”，也就是把宇宙作为一个整体来看时，它是无限的、静止的、不变的。当然，在“小尺度”或“微观”上看，星体处在不断地运动状态中，相互之间还可能发生碰撞。比如在太阳系中，行星绕着太阳转，小行星、流星等有时会与大行星发生撞击等。太阳系在整个宇宙中就是“小尺度”，是“微观”。
尽管当时牛顿在科学界拥有至高无上的地位，但是他的宇宙观还是受到了不少挑战，其中最著名的当属”白昼佯谬“，也称”奥伯斯佯谬“。
其实”白昼佯谬“最早是由德国数学家约翰内斯 开普勒（Johannes Kepler）在1610年前后提出的。开普勒认为如果宇宙真的是无始无终无边无际，那夜晚在夜空的每一个方向都会在某处有至少一颗恒星，它们发出的光都会有充分的时间抵达地球，因此整个夜空都会被星光照亮。换句话说就是地球上根本就不会有黑夜和白昼之分，随时都是阳光明媚的。
虽然是开普勒首先发现了这个问题，但却以18世纪末19世纪初的德国天文学家奥伯斯的名字命名，多少有些不公平。
有意思的是注意到这个现象的不仅有科学家，19世纪的美国作家爱伦 坡也注意到了，并在一部文学作品中对此做出了推断：”要么宇宙年龄有限，因此遥远的星光还没有来得及抵达地球；要么空间有限，因此恒星并非无处不有；要么两者都成立。“这就意味着宇宙是有起点的，而这竟然成为引出大爆炸理论的最早和最重要的线索之一。
20世纪初爱因斯坦发表著名的广义相对论，之后不久前苏联科学家亚历山大 弗里德曼（Alexander Friedmann）和比利时天文学家乔治 勒梅特（Georges Lemaitre）就运用广义相对论方程式推导出宇宙并非是静止的，而是处于膨胀之中的。可爱因斯坦是牛顿宇宙观的忠实拥趸，对这个计算结果并不认同，为此还在其方程式中加上了一个“宇宙常数”，来确保不会得出“宇宙正在膨胀”这个在他看来很荒谬的结论。直到1929年美国天文学家哈勃在用天文望远镜观测一种叫做“造父变星（Cepheid Variables）的脉动周期从而推算星系间的距离时，意外地发现星系发出的光有”红移现象“，也就是星系发出的光在逐渐地变红时，爱因斯坦才改变了自己的观点，承认宇宙正在膨胀。
如果宇宙具有有限的时间和空间，那么把时间回溯，就容易让人得出宇宙的全部质量和能量最初是浓缩在一个很小很热密度很高的“蛋”里的结论，勒梅特把它称之为“宇宙蛋”。可后来发现，“蛋”还不够小，不是形容宇宙起点的最佳词汇，因为最初的“蛋”必须很小，要小于普朗克长度才行，才能更好地解释后续发现的一些现象。而普朗克长度是多长呢？是1.6乘10的负33次方，也就是小数点后面有32个0，再加上1和6，长度单位既不是米跟不上千米，而是厘米。你能想象出来这个长度有多长吗？所以后来科学家们用一个更加精确的词“奇点”来取代“宇宙蛋”，所谓“奇点”就是体积无限小、密度无限大的一个“点”。
至此，大爆炸理论既有理论计算也有观测结果的支撑，但并未被大多数科学家认可并接受。主要原因之一是如此深不可测的宇宙竟然来自于一颗体积无穷小的”奇点“，实在是太令人匪夷所思了。剑桥大学著名的天文学家弗雷德 霍伊尔（Fred Holye）是坚决反对这个理论的代表人物之一，当时他就把宇宙初始时刻的膨胀讥讽地称为“大爆炸Big Bang”。可他绝没想到，这个充满了反感的词竟然成了这个理论的正式名称，并得到越来越多的认可。
可此“大爆炸”并非我们熟悉的彼“大爆炸”，我们熟悉的大爆炸说的是有高压气体从低压气体中分离出来，向外形成冲击波。可宇宙的大爆炸并无空间供它去“炸”。宇宙膨胀是，是与空间边界一起膨胀的，在边界外并没有空间、时间、物质、和能量，什么都没有！这个概念单凭自觉是很难想象出来的，因此尽管它能比较完美解释很多观测到的现象，但还是有很多科学家对此持怀疑态度。
直到1960年代大爆炸理论才迎来又一个强有力的支撑。当时美国科学家阿诺 彭齐亚斯（Arno Penzias）和罗伯特 威尔逊（Robert Wilson）在观测宇宙空间时偶然发现了“宇宙微波背景辐射”，也就是著名的CMB（Cosmic Microwave Backgroud），这是一种弥漫在整个宇宙中微波噪音，均匀地分布在宇宙中，其绝对温度为3K，也就是绝对零度以上3度。这个发现非常有意义，说明宇宙并非是温度和能量均为零的毫无生气的空间，曾经一度处于更高的温度状态，而此背景辐射就是残留下来的热量。同时还说明宇宙曾经是一个且只有一个很小的空间，只有这样空间各处的温度才能是相同的，才不会出现温度梯度。
就像是把一壶烧开的水慢慢的冷却，在这个过程中壶中各处的水温都是一直是相同的，不会出现一个地方热点，另一个地方凉的情况。
可如果是两壶水就很难保证在冷却过程中两个壶的水是完全相同的。
宇宙微波背景辐射的发现给了大爆炸理论强有力的支持，一是说明宇宙曾经处于更高的温度状态；二是宇宙的空间曾经很小，能够保证空间内各处温度是相同的；三是最初的爆点只能有一个，否则空间中的温度不会完全相同。
宇宙微波背景辐射的发现也大大提高了宇宙年龄的推算精度，通过宇宙膨胀速度（哈勃常数）和宇宙空间冷却到3K温度，得出目前最精确的估算是138亿年。
20世纪末和21世纪初，随着宇宙背景探测器（COBE）、哈勃空间望远镜、威尔金斯微波各向异性探测卫星（WMAP）等高精尖设备的投入使用，陆续又有一些新发现符合大爆炸理论预测，把大爆炸理论推向了一个新的高度。
当然还有很多现象是大爆炸理论无法解释的甚至是相违的，因此到目前为止大爆炸理论还是一个等待进一步证实或证伪的假说。
人类习惯于万事都有个起点，我们不妨把大爆炸那一瞬间认作是宇宙的起点来梳理宇宙、太阳系、地球、生命、人类以及人类文明的演化和发展过程。

马马虎虎770

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