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宇宙起源
極其復(fù)雜的問(wèn)題
宇宙是廣袤空間和其中存在的各種天體以及彌漫物質(zhì)的總稱。宇宙起源是一個(gè)極其復(fù)雜的問(wèn)題。宇宙是物質(zhì)世界，它處于不斷的運(yùn)動(dòng)和發(fā)展中。千百年來(lái)，科學(xué)家們一直在探尋宇宙是什么時(shí)候、如何形成的。直到今天，許多科學(xué)家認(rèn)為，宇宙是由大約137億年前發(fā)生的一次大爆炸形成的。宇宙內(nèi)的所存物質(zhì)和能量都聚集到了一起，并濃縮成很小的體積，溫度極高，密度極大，瞬間產(chǎn)生巨大壓力，之后發(fā)生了大爆炸，這次大爆炸的反應(yīng)原理被物理學(xué)家們稱為量子物理。大爆炸使物質(zhì)四散出去，宇宙空間不斷膨脹，溫度也相應(yīng)下降，后來(lái)相繼出現(xiàn)在宇宙中的所有星系、恒星、行星乃至生命。
基本信息
| 中文名 | 宇宙起源 |
| 外文名 | The origin of the universe |
| 形成 | 137億年前發(fā)生的一次大爆炸 |
| 爆炸特點(diǎn) | 溫度極高，密度極大 |
| 模型2 | 穩(wěn)態(tài)理論 |
| 爆炸反應(yīng)原理 | 量子物理 |
| 模型1 | 大爆炸理論 |
收起
研究經(jīng)歷
空間和時(shí)間的本質(zhì)是什么？這是從2000多年前的古代哲學(xué)家到現(xiàn)代天文學(xué)家一直都在苦苦思索的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)了哥白尼、赫歇爾、哈勃的從太陽(yáng)系、銀河系、河外星系的探索宇宙三部曲，宇宙學(xué)已經(jīng)不再是幽深玄奧的抽象哲學(xué)思辨，而是建立在天文觀測(cè)和物理實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的一門現(xiàn)代科學(xué)。
直到20世紀(jì)，出現(xiàn)了兩種“宇宙模型”比較有影響。一是穩(wěn)態(tài)理論，一是大爆炸理論。20世紀(jì)20年代后期，愛(ài)德溫·哈勃發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象，說(shuō)明宇宙正在膨脹。20世紀(jì)60年代中期，阿爾諾·彭齊亞斯和羅伯特·威爾遜（Robert Wilson）發(fā)現(xiàn)了“宇宙微波背景輻射”。這兩個(gè)發(fā)現(xiàn)給大爆炸理論以有力的支持。
相關(guān)理論
爆炸
現(xiàn)代宇宙系當(dāng)中最有影響的
一種學(xué)說(shuō)，又稱大爆炸宇宙學(xué)。與其它宇宙模型相比，它能說(shuō)明較多的觀測(cè)事實(shí)。它的主要觀點(diǎn)是認(rèn)為宇宙曾有一段從熱到冷的演化歷程。在這個(gè)時(shí)期里，宇宙體系并不是靜止的，而是在不斷地膨脹，使物質(zhì)密度從密到稀地演化。這一從熱到冷、從密到稀的過(guò)程如同一次規(guī)模巨大的爆發(fā)。根據(jù)大爆炸宇宙學(xué)的觀點(diǎn)，大爆炸的整個(gè)過(guò)程是：在宇宙的早期，溫度極高，在100億度以上。物質(zhì)密度也相當(dāng)大，整個(gè)宇宙體系達(dá)到平衡。宇宙間只有中子、質(zhì)子、電子、光子和中微子等一些基本粒子形態(tài)的物質(zhì)。但是因?yàn)檎麄€(gè)體系在不斷膨脹，結(jié)果溫度很快下降。當(dāng)溫度降到10億度左右時(shí)，中子開(kāi)始失去自由存在的條件，它要么發(fā)生衰變，要么與質(zhì)子結(jié)合成重氫、氦等元素；化學(xué)元素就是從這一時(shí)期開(kāi)始形成的。溫度進(jìn)一步下降到100萬(wàn)度后，早期形成化學(xué)元素的過(guò)程結(jié)束（見(jiàn)元素合成理論）。宇宙間的物質(zhì)主要是質(zhì)子、電子、光子和一些比較輕的原子核。當(dāng)溫度降到幾千度時(shí)，輻射減退，宇宙間主要是氣態(tài)物質(zhì)，氣體逐漸凝聚成氣云，再進(jìn)一步形成各種各樣的恒星體系，成為今天看到的宇宙。大爆炸模型能統(tǒng)一地說(shuō)明以下幾個(gè)觀測(cè)事實(shí)：
宇宙起源
（1）大爆炸理論主張所有恒星都是在溫度下降后產(chǎn)生的，因而任何天體的年齡都應(yīng)比自溫度下降至今天這一段時(shí)間為短，即應(yīng)小于200億年。各種天體年齡的測(cè)量證明了這一點(diǎn)。
（3）在各種不同天體上，氦豐度相當(dāng)大，而且大都是30%。用恒星核反應(yīng)機(jī)制不足以說(shuō)明為什么有如此多的氦。而根據(jù)大爆炸理論，早期溫度很高，產(chǎn)生氦的效率也很高
，則可以說(shuō)明這一事實(shí)。
宇宙起源
（4）根據(jù)宇宙膨脹速度以及氦豐度等，可以具體計(jì)算宇宙每一歷史時(shí)期的溫度。大爆炸理論的創(chuàng)始人之一伽莫夫曾預(yù)言，今天的宇宙已經(jīng)很冷，只有絕對(duì)溫度幾度。1965年，果然在微波波段上探測(cè)到具有熱輻射譜的微波背景輻射，溫度約為3K。
大爆炸理論認(rèn)為，宇宙起源于一個(gè)單獨(dú)的無(wú)維度的點(diǎn)，即一個(gè)在空間和時(shí)間上都無(wú)尺度但卻包含了宇宙全部物質(zhì)的奇點(diǎn)。至少是在120～150億年以前，宇宙及空間本身由這個(gè)點(diǎn)爆炸形成。
在一次無(wú)與倫比的大爆炸中分裂成無(wú)數(shù)碎片，形成了今天的宇宙。1948年，俄裔美籍物理學(xué)家伽莫夫等人，又詳細(xì)勾畫出宇宙由一個(gè)致密熾熱的奇點(diǎn)于150億年前一次大爆炸后，經(jīng)一系列元素演化到最后形成星球、星系的整個(gè)膨脹演化過(guò)程的圖像，該理論存在許多使人迷惑之處。
宏觀宇宙是相對(duì)無(wú)限延伸的。“大爆炸宇宙論”關(guān)于宇宙當(dāng)初僅僅是一個(gè)點(diǎn)，而它周圍卻是一片空白，即將人類至今還不能確定范圍也無(wú)法計(jì)算質(zhì)量的宇宙壓縮在一個(gè)極小空間內(nèi)的假設(shè)只是一種臆測(cè)。況且從能量與質(zhì)量的正比關(guān)系考慮，一個(gè)小點(diǎn)無(wú)緣無(wú)故地突然爆炸成浩瀚宇宙的能量從何而來(lái)呢？
人類把地球繞太陽(yáng)轉(zhuǎn)一圈確定為衡量時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)——年。宇宙中所有天體的運(yùn)動(dòng)速度都是不同的，在宇宙范圍，時(shí)間沒(méi)有衡量標(biāo)準(zhǔn)。譬如地球上東西南北的方向概念在宇宙范圍就沒(méi)有任何意義。既然年的概念對(duì)宇宙而言并不存在，大爆炸宇宙論又如何用年的概念去推算宇宙的確切年齡呢？
1929年，美國(guó)天文學(xué)家哈勃提出了星系的紅移量與星系間的距離成正比的哈勃定律，并推導(dǎo)出星系都
在互相遠(yuǎn)離的宇宙膨脹說(shuō)。哈勃定律只是說(shuō)明了距離地球越遠(yuǎn)的星系運(yùn)動(dòng)速度越快--星系紅移量與星系距離呈正比關(guān)系。但他沒(méi)能發(fā)現(xiàn)很重要的另一點(diǎn)--星系紅移量與星系質(zhì)量也呈正比關(guān)系。
宇宙起源
宇宙中星系間距離非常非常遙遠(yuǎn)，光線傳播因空間物質(zhì)的吸收、阻擋會(huì)逐漸減弱，那些運(yùn)動(dòng)速度越快的星系就是質(zhì)量越大的星系。質(zhì)量大，能量輻射就強(qiáng)，因此觀察到的紅移量極大的星系，當(dāng)然是質(zhì)量極大的星系。這就是被稱作“類星體”的遙遠(yuǎn)星系因質(zhì)量巨大而紅移量巨大的原因。另外那些質(zhì)量小、能量輻射弱的星系（除極少數(shù)距銀河系很近的星系，如大、小麥哲倫星系外）則很難觀察到，大小恒星都能看到，所以恒星的紅移紫移數(shù)量大致相等。
導(dǎo)致星系紅移多紫移少的另一原因是：宇宙中的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都是在一定范圍內(nèi)圍繞一個(gè)中心按圓形軌跡運(yùn)動(dòng)的，不是像大爆炸宇宙論描述的從一個(gè)中心向四周作放射狀的直線運(yùn)動(dòng)。因此，從地球看到的紫移星系范圍很窄，數(shù)量極少，只能是與銀河系同一方向運(yùn)動(dòng)的，前方比銀河系小的星系；后方比銀河系大的星系。只有將來(lái)研制出更高分辨程度的天文觀測(cè)儀器才能看到更多的紫移星系。
宇宙中的物質(zhì)分布出現(xiàn)不平衡時(shí)，局部物質(zhì)結(jié)構(gòu)會(huì)不斷發(fā)生膨脹和收縮變化，但宇宙整體結(jié)構(gòu)相對(duì)平衡的狀態(tài)不會(huì)改變。僅憑從地球角度觀測(cè)到的部分（不是全部）可見(jiàn)星系與地球之間距離的遠(yuǎn)近變化，不能說(shuō)明宇宙整體是在膨脹或收縮。就像地球上的海洋受引力作用不斷此漲彼消的潮汐現(xiàn)象并不說(shuō)明海水總量是在增加或減少一樣。
1994年，美國(guó)卡內(nèi)基研究所的弗里德曼等人，用估計(jì)宇宙膨脹速率的辦法計(jì)算宇宙年齡時(shí)，得出一個(gè)80～120億年的年齡計(jì)算值。然而根據(jù)對(duì)恒星光譜的分析，宇宙中最古老的恒星年齡為140～160億年。恒星的年齡倒比宇宙的年齡大。
1964年，美國(guó)工程師彭齊亞斯和威爾遜探測(cè)到的微波背景輻射，是因?yàn)椴紳M宇宙空間的各種物質(zhì)相互之間能量傳遞產(chǎn)生的效果。宇宙中的物質(zhì)輻射是時(shí)刻存在的，3K或5K的溫度值也只是人類根據(jù)自己判斷設(shè)計(jì)的一種衡量標(biāo)準(zhǔn)。這種能量輻射現(xiàn)象只能說(shuō)明宇宙中的物質(zhì)由于引力作用，
至于大爆炸宇宙論中的氦豐度問(wèn)題，氦元素原本就是宇宙中存在的僅次于氫元素的數(shù)量極豐富的原子結(jié)構(gòu)，它在空間的百分比含量和其它元素的百分比含量同樣都屬于物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布規(guī)律中很平常的物理現(xiàn)象。在宇宙大尺度范圍中，不僅氦元素的豐度相似，其余的氫、氧……元素的豐度也都是相似的。而且，各種元素是隨不同的溫度、環(huán)境而不斷互相變換的，并不是始終保持一副面孔，所以微波背景輻射和氦豐度與宇宙的起源之間看不出有任何必然的聯(lián)系。
大爆炸宇宙論面臨的難題還有，如果宇宙無(wú)限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢？德國(guó)物理學(xué)家克勞修斯指出，能量從非均勻分布到均勻分布的那種變化過(guò)程，適用于宇宙間的一切能量形式和一切事件，在任何給定物體中有一個(gè)基于其總能量與溫度之比的物理量，他把這個(gè)物理量取名為“熵”，孤立系統(tǒng)中的“熵”永遠(yuǎn)趨于增大。但在宇宙中總會(huì)有高“熵”和低“熵”的區(qū)域，不可能出現(xiàn)絕對(duì)均勻的狀態(tài)。那種認(rèn)為由于“熵”水平的不斷升高而達(dá)到最大值時(shí)，宇宙就會(huì)進(jìn)入一片死寂的永恒狀態(tài)，最終“熱寂”而亡的結(jié)局，當(dāng)宇宙膨脹到一定程度，所有星系行星會(huì)疏離，分子分解至夸克，而至更小。整個(gè)宇宙繼續(xù)膨脹，變成死寂狀態(tài)。這項(xiàng)預(yù)測(cè)是根據(jù)數(shù)百個(gè)A1超新星的亮度作出的。
根據(jù)天文觀測(cè)資料和物理理論描述宇宙的具體形態(tài)，星系的形態(tài)特征對(duì)研究宇宙結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，從星系的運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以推斷整個(gè)宇宙的結(jié)構(gòu)形態(tài)。而星系共有的圓形旋渦結(jié)構(gòu)就是整個(gè)宇宙的縮影，那些橢圓、棒旋等不同的星系形態(tài)只是因?yàn)樾窍的挲g和觀測(cè)角度不同而產(chǎn)生的視覺(jué)效果。
奇妙的螺旋形是自然界中最普遍、最基本的物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式。這種螺旋現(xiàn)象對(duì)于認(rèn)識(shí)宇宙形態(tài)有著重要的啟迪作用，大至旋渦星系，小至DNA分子，都是在這種螺旋線中產(chǎn)生。大自然并不認(rèn)可筆直的形式，自然界所有物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)都是曲線運(yùn)動(dòng)方式的圓環(huán)形狀。從原子、分子到星球、星系直到星系團(tuán)、超星系團(tuán)無(wú)一例外，毋庸置疑，浩瀚的宇宙就是一個(gè)大旋渦。因此，確立一個(gè)“螺旋運(yùn)動(dòng)形態(tài)宇宙模型”，比那種作為所有物質(zhì)總和的“宇宙”卻脫離曲線運(yùn)動(dòng)模式而獨(dú)辟蹊徑，以直線運(yùn)動(dòng)方式從一個(gè)中心向四面八方無(wú)限伸展的“大爆炸宇宙模型”，更能體現(xiàn)真實(shí)的宇宙結(jié)構(gòu)形。
穩(wěn)態(tài)理論
宇宙起源的問(wèn)題有點(diǎn)像這個(gè)古老的問(wèn)題：是先有雞呢，還是先有蛋。換句話說(shuō)，就是何物創(chuàng)生宇宙，又是何物創(chuàng)生該物呢？也許宇宙，或者創(chuàng)生它的東西已經(jīng)存在了無(wú)限久的時(shí)間，并不需要被創(chuàng)生。直到不久之前，科學(xué)家們還一直試圖回避這樣的問(wèn)題，覺(jué)得它們與其說(shuō)是屬于科學(xué)，不如說(shuō)是屬于形而上學(xué)或宗教的問(wèn)題，然而，人們?cè)谶^(guò)去幾年發(fā)現(xiàn)，科學(xué)定律甚至在宇宙的開(kāi)端也是成立的。在那種情形下，宇宙可以是自足的，并由科學(xué)定律所完全確定。
關(guān)于宇宙是否并如何啟始的爭(zhēng)論貫穿了整個(gè)記載的歷史。基本上存在兩個(gè)思想學(xué)派。許多早期的傳統(tǒng)，以及猶太教、基督教和伊斯蘭教認(rèn)為宇宙是相當(dāng)近的過(guò)去創(chuàng)生的。（十七世紀(jì)時(shí)鄔謝爾主教算出宇宙誕生的日期是公元前4004年，這個(gè)數(shù)目是由把在舊約圣經(jīng)中人物的年齡加起來(lái)而得到的。）承認(rèn)人類在文化和技術(shù)上的明顯進(jìn)化，是近代出現(xiàn)的支持上述思想的一個(gè)事實(shí)。記得那種業(yè)績(jī)的首創(chuàng)者或者這種技術(shù)的發(fā)展者。可以如此這般地進(jìn)行論證，即不可能存在了那許久；因?yàn)榉駝t的話，圣經(jīng)的創(chuàng)世日期和上次冰河期結(jié)束相差不多，而這似乎正是現(xiàn)代人類首次出現(xiàn)的時(shí)候。
另一方面，還有諸如希臘哲學(xué)家亞里斯多德的一些人，他們不喜歡宇宙有個(gè)開(kāi)端的思想。他們覺(jué)得這意味著神意的干涉。他們寧愿相信宇宙已經(jīng)存在了并將繼續(xù)存在無(wú)限久。某種不朽的東西比某種必須被創(chuàng)生的東西更加完美。他們對(duì)上述有關(guān)人類進(jìn)步的詰難的回答是：周期性洪水或者其他自然災(zāi)難重復(fù)地使人類回到起始狀態(tài)。
理論比較
兩種學(xué)派都認(rèn)為，宇宙在根本上隨時(shí)間不變。由于人類生命——整個(gè)有記載的歷史是如此之短暫，宇宙在此期間從未顯著地改變過(guò)。在一個(gè)穩(wěn)定不變的宇宙的框架中，它是否已經(jīng)存在了無(wú)限久或者是在有限久的過(guò)去誕生的問(wèn)題，實(shí)在是一種形而上學(xué)或宗教的問(wèn)題：任何一種理論都對(duì)此作解釋。1781年哲學(xué)家伊曼努爾·康德寫了一部里程碑式的，也是非常模糊的著作《純粹理性批判》。他在這部著作中得出結(jié)論，存在同樣有效的論證分別用以支持宇宙有一個(gè)開(kāi)端或者宇宙沒(méi)有開(kāi)端的信仰。正如他的書(shū)名所提示的，他是簡(jiǎn)單地基于推理得出結(jié)論，換句話說(shuō)，就是根本不管宇宙的觀測(cè)。畢竟也是，在一個(gè)不變的宇宙中，有什么可供觀測(cè)的呢？
然而在十九世紀(jì)，證據(jù)開(kāi)始逐漸積累起來(lái)，它表明地球系及宇宙是其他部分事實(shí)上是隨時(shí)間而變化的。地學(xué)家們意識(shí)到巖石以及其中的化石的形成需要花費(fèi)幾億甚至幾十億年的時(shí)間。這比創(chuàng)生論者計(jì)算的地球年齡長(zhǎng)得太多了。由德國(guó)物理學(xué)家路德維希·玻爾茲曼提出的所謂熱力學(xué)第二定律還提供了進(jìn)一步的證據(jù)，宇宙中的無(wú)序度的總量（它是由稱為熵的量所測(cè)量的）總是隨時(shí)間而增加，正如有關(guān)人類進(jìn)步的論證，它暗示只能運(yùn)行了有限的時(shí)間，否則的話。
牛頓曉得這個(gè)問(wèn)題。在一封致當(dāng)時(shí)一位主要哲學(xué)家里查德·本特里的信中，他同意這樣的觀點(diǎn)，即有限的一群恒星不可能靜止不動(dòng)，它們?nèi)繒?huì)落某個(gè)中心點(diǎn)。然而，他論斷道，一個(gè)無(wú)限的恒星集合不會(huì)落到一起，由于不存在任何可供它們落去的中心點(diǎn)。這種論證是人們?cè)谡務(wù)摕o(wú)限系統(tǒng)時(shí)會(huì)遭遇到的陷阱的一個(gè)例子。用不同的方法將從宇宙的其余的無(wú)限數(shù)目的恒星作用到每顆恒星的力加起來(lái)，會(huì)對(duì)恒星是否維持恒常距離給出不同的答案。然后加上在該區(qū)域之外大致均勻分布的更多恒星。恒星的有限區(qū)域會(huì)落到一起，而按照牛頓定律，在該區(qū)域外加上更多的恒星不能阻止其坍縮。這樣，一個(gè)恒星的無(wú)限集合不能處于靜止不動(dòng)的狀態(tài)。如果它們?cè)谀骋粫r(shí)刻不在作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，它們之間的吸引力會(huì)引起它們開(kāi)始朝相互方向落去。另一種情形是，它們可能正在相互離開(kāi)，而引力使這種退行速度降低。
相關(guān)說(shuō)法
蟲(chóng)洞噴發(fā)
宇宙起源
新的懷疑
長(zhǎng)期以來(lái)，“大爆炸”宇宙誕生理論一直被天文學(xué)界普遍認(rèn)同
“哈勃”太空望遠(yuǎn)鏡本次拍攝到了一些宇宙深處的星體，這些星體大概形成于宇宙誕生后的5億年內(nèi)（約130億年前）。然而，這些星體的數(shù)量卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于科學(xué)家們?cè)瓉?lái)的估計(jì)。
哈勃拍攝的這些照片可以說(shuō)明以下二點(diǎn)：要么大爆炸發(fā)生后恒星物質(zhì)的形成并沒(méi)有科學(xué)家們?cè)瓉?lái)設(shè)想
的那么積極，這并不符合現(xiàn)階段通行的理論；
由安德魯·邦克博士領(lǐng)導(dǎo)的英國(guó)科學(xué)家小組在對(duì)哈勃拍攝的照片研究后得出了上述令人吃驚的結(jié)論。以便于解開(kāi)上述這些迷惑。
根據(jù)許多科學(xué)家數(shù)十年來(lái)一貫支持的大爆炸理論，宇宙大約誕生于140億年前。按照該理論的解釋，宇宙形成于140億年前一個(gè)體積極小且密度極大的物質(zhì)的爆炸，爆炸發(fā)生后噴發(fā)出物質(zhì)微粒和能量，也正是從那時(shí)起才開(kāi)始產(chǎn)生了時(shí)間和空間、質(zhì)量和能量。在大爆炸發(fā)生前，既沒(méi)有物質(zhì)，也沒(méi)有能量，當(dāng)然也沒(méi)有生命。
太陽(yáng)系形成
太陽(yáng)系是由受太陽(yáng)引力約束的天體組成的系統(tǒng)，其最大范圍可延伸到約1光年以外。太陽(yáng)系的主要成員有：太陽(yáng)（恒星）、八大行星（包括地球）、無(wú)數(shù)小行星、眾多衛(wèi)星（包括月亮），還有彗星、流星體以及大量塵埃物質(zhì)和稀薄的氣態(tài)物質(zhì)在太陽(yáng)系中，太陽(yáng)的質(zhì)量占太陽(yáng)系總質(zhì)量的99.8%，其它天體的質(zhì)量總和不到太陽(yáng)系的0.2%。太陽(yáng)是太陽(yáng)系的中心天體，它的引力控制著整個(gè)太陽(yáng)系，使其它天體繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)，太陽(yáng)系中的八大行星（水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星）都在接近同一平面的近圓軌道上，朝同一方向繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)（金星例外）。宇宙有起源也會(huì)有消亡，科學(xué)家預(yù)計(jì)，若干億年后，宇宙會(huì)急劇收縮，以至于回到大爆炸以前的相貌。
最新理論
據(jù)英國(guó)《自然》雜志網(wǎng)站2013年7月16日?qǐng)?bào)道，近百年來(lái)，標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)理論認(rèn)為：宇宙源于一次大爆炸而且正在不斷膨脹，這似乎已成了一個(gè)根深蒂固、顛撲不破的“真理”，他認(rèn)為，宇宙根本不是在膨脹，粒子質(zhì)量的不斷增加或可解釋為一些距離地球遙遠(yuǎn)的星系似乎離地球越來(lái)越遠(yuǎn)。
德國(guó)海德堡大學(xué)的理論物理學(xué)家克里斯托弗·維特里克在arXiv上撰文指出，他已經(jīng)構(gòu)建出了一種完全不同的宇宙學(xué)框架，在這套框架內(nèi)，宇宙并非在膨脹，而且，萬(wàn)事萬(wàn)物的質(zhì)量一直在增加。這一理論或許有助于科學(xué)家們理解一些有爭(zhēng)議的問(wèn)題——比如宇宙大爆炸中出現(xiàn)的“奇點(diǎn)”等。
天文學(xué)家們通過(guò)分析物體的原子釋放或吸收的光來(lái)測(cè)量物體是在遠(yuǎn)離還是接近地球，這些光會(huì)以獨(dú)特的顏色或頻率出現(xiàn)。當(dāng)物體遠(yuǎn)離地球時(shí)，這些頻率會(huì)移向光譜上的紅色（低頻）。上世紀(jì)20年代，包括埃德溫·哈勃在內(nèi)的很多科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)星系都展現(xiàn)出了這樣一種紅移，而且，星系距離地球越遠(yuǎn)，紅移越大，據(jù)此，他們認(rèn)為宇宙一定在不斷膨脹。
正如維特里克所說(shuō)的那樣，原子釋放出的這種獨(dú)特的光也被組成原子的基本粒子尤其是電子的質(zhì)量所控制。如果某一原子的質(zhì)量增加，那么，其釋放出的光子的能量也會(huì)變得更高。因?yàn)槟芰吭礁撸l率越大，因此，釋放和吸收頻率將前移到光譜中藍(lán)色的部分。相反，如果粒子變得越來(lái)越輕，頻率將變成紅移。
因?yàn)?/span>光速是有限的，當(dāng)看著遙遠(yuǎn)的星系時(shí)，在時(shí)間上，是在朝后看。如果所有的質(zhì)量一直在增加，那么。因此，紅移將使星系似乎離人們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)，即使它們并非如此。
維特里克認(rèn)為，在名為暴脹的短期之內(nèi)，宇宙仍然在快速膨脹，在暴脹之前，宇宙大爆炸不再包含有一個(gè)宇宙密度無(wú)限大的“奇點(diǎn)”時(shí)刻。
這一想法聽(tīng)起來(lái)似乎合情合理，但它也有一個(gè)大問(wèn)題：它無(wú)法被檢驗(yàn)。地球上萬(wàn)事萬(wàn)物的質(zhì)量最終都是相對(duì)于國(guó)際千克容器這一千克標(biāo)準(zhǔn)得出的數(shù)值。如果包括國(guó)際千克容器在內(nèi)的萬(wàn)事萬(wàn)物的質(zhì)量一直在隨著時(shí)間的流逝而增加，那么，就找不到檢驗(yàn)辦法了。
而對(duì)維特里克來(lái)說(shuō)，缺乏實(shí)驗(yàn)測(cè)試并非大事，新模型的主要優(yōu)勢(shì)在于摒棄了困擾物理學(xué)界的宇宙大爆炸奇點(diǎn)。
盡管該文還沒(méi)有經(jīng)過(guò)同行評(píng)議，但有些《自然》雜志的評(píng)審專家認(rèn)為，這一想法值得深究。英國(guó)圣安德魯斯大學(xué)的天文學(xué)家趙洪生（音譯）表示：“探究另一種解釋是一件趣事。維特里克的解釋似乎很嚴(yán)謹(jǐn)，值得推敲。”
也有科學(xué)家表示，最新解釋或許可以幫助天文學(xué)家們避免落入單一思維的窠臼。英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)的宇宙學(xué)家阿瓊·貝雷拉表示：“現(xiàn)在，天文學(xué)家們?cè)谧穼ひ粋€(gè)以暴脹和大爆炸為中心的標(biāo)準(zhǔn)模型。在一切蓋棺論定前，看看是否還存在另外一種解釋至關(guān)重要。”
宇宙起源有新說(shuō)
宇宙起源于大爆炸？其實(shí)還有一種可能：宇宙在大爆炸之前也是存在的，只不過(guò)它一直在收縮，后來(lái)由于某種原因發(fā)生“反彈”，轉(zhuǎn)而進(jìn)入膨脹的狀態(tài)，演化為現(xiàn)在所知的世界。
宇宙為什么有可能是永恒的？鑒于對(duì)早期宇宙缺乏了解，有這樣的疑惑也在情理之中。真正的知識(shí)應(yīng)基于實(shí)在的證據(jù)，而不僅僅是猜想。在假想的“大爆炸”后幾秒內(nèi)，宇宙就像個(gè)核聚變反應(yīng)堆，將核子轉(zhuǎn)化為氦、鋰、氘等輕元素。
今天，通過(guò)測(cè)量宇宙深處這些輕元素的豐度，可以觀測(cè)到這些早期反應(yīng)的結(jié)果。測(cè)量結(jié)果和廣義相對(duì)論以及傳統(tǒng)宇宙學(xué)模型的預(yù)言吻合得相當(dāng)好。早期宇宙的確極端致密，并且膨脹迅速。
那么，既然這些都是真的，更早一些時(shí)，宇宙理應(yīng)更加致密，膨脹得更快。幾乎可以肯定的是，大爆炸附近的某個(gè)時(shí)刻發(fā)生了一些意料之外的事情。會(huì)是什么呢？
最簡(jiǎn)單的答案是“反彈”。可以想像大爆炸之前，宇宙也是存在的，只不過(guò)它一直在收縮。而其微妙之處在于，由于某種原因，宇宙沒(méi)有撞到一起變成密度無(wú)限大的詭異狀態(tài)，而是發(fā)生“反彈”，轉(zhuǎn)而進(jìn)入膨脹的狀態(tài)，演化為現(xiàn)在所知的世界。
說(shuō)得更清楚些，這樣的反彈完全不符合已知的物理定律。但是作為科學(xué)家，并非完全了解終極定律，特別是在與日常經(jīng)驗(yàn)相去甚遠(yuǎn)的極端條件下。所以，宇宙在過(guò)去也很有可能發(fā)生反彈。
但是為什么呢？還是不知道，不過(guò)這并未阻礙理論物理學(xué)家通過(guò)豐富的想像力做出有理有據(jù)的猜測(cè)。有種簡(jiǎn)單的論調(diào)：對(duì)引力的理解還不夠。當(dāng)然，愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論通過(guò)了所有已有實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證，但是這些實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的環(huán)境與早期宇宙的極端條件完全不同。在足夠致密的條件下，引力說(shuō)不定不再是引力，而變成斥力。沒(méi)有客觀理由來(lái)認(rèn)定它是對(duì)是錯(cuò)判斷它的對(duì)錯(cuò)，但這確實(shí)是一種可能。
發(fā)現(xiàn)最遠(yuǎn)氧原子
2018年，日本國(guó)立天文臺(tái)及名古屋大學(xué)等組成的團(tuán)隊(duì)宣布，在距地球132.8億光年的獅子座方向銀河中，發(fā)現(xiàn)存在氧。此次發(fā)現(xiàn)刷新了迄今發(fā)現(xiàn)氧的最遠(yuǎn)記錄，將有助于查明宇宙最初期星體如何形成。
膜宇宙學(xué)
標(biāo)準(zhǔn)的宇宙大爆炸模型顯示，宇宙爆發(fā)自一個(gè)密度無(wú)窮大的奇點(diǎn)。但是不了解是什么觸發(fā)了這場(chǎng)爆發(fā)：已知的物理定律不能適用。
同時(shí)科學(xué)家很難解釋如此激烈的大爆炸留下的宇宙何以擁有一個(gè)幾乎完全均勻的溫度，這是因?yàn)樽詮挠钪嬲Q生以來(lái)似乎沒(méi)有足夠的時(shí)間達(dá)到溫度平衡。
對(duì)于大部分宇宙學(xué)家而言，有關(guān)一致性最合理的解釋是，在宇宙形成后不久，一些未知的能量形式使年輕的宇宙以超過(guò)光的速度膨脹。在這個(gè)模型中，三維宇宙是一張膜，漂浮在具有四個(gè)空間維度的“體宇宙”之上。
在宇宙中，一個(gè)黑洞被一個(gè)名為視界的球面聯(lián)系起來(lái)。鑒于普通的三維空間需要一個(gè)兩維的物體（一個(gè)表面）來(lái)創(chuàng)建一個(gè)黑洞內(nèi)部的邊界，那么在體宇宙中，四維黑洞的視界應(yīng)該是一個(gè)三維物體——一種被稱為超球面的形狀。三維宇宙可能就是這樣一個(gè)膜，而膜的生長(zhǎng)被認(rèn)為是宇宙的膨脹。
由于四維體宇宙可能在過(guò)去已經(jīng)存在了無(wú)限長(zhǎng)的時(shí)間，因此它有足夠的機(jī)會(huì)使不同區(qū)域的四維體宇宙達(dá)到一種平衡，膜宇宙學(xué)是一個(gè)物理學(xué)上超弦理論和M理論的分支，專門研究宇宙膜，該理論認(rèn)為宇宙其實(shí)是鑲在一些更高維度的膜上。該學(xué)科同時(shí)研究那些更高維度的膜是怎樣影響著宇宙。
最新研究
2021年12月，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)帶領(lǐng)國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了嬰兒宇宙處在高能物理的“沙漠”能區(qū)時(shí)，存在原初引力波共振的非線性理論現(xiàn)象。原初引力波信號(hào)通過(guò)該現(xiàn)象過(guò)程，能被共振放大4至6個(gè)數(shù)量級(jí)乃至更大，從而被原初引力波探測(cè)器檢出，可用于驗(yàn)證某些傳統(tǒng)物理“不可觸及”的宇宙起源理論模型。
參考資料
[1]
我國(guó)科學(xué)家在宇宙起源和原初引力波研究取得新突破 · 今日頭條-北侖檢察[引用日期2021-12-21]
[2]
日本團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)距地132.8億光年的銀河存在氧|銀河|星體|日本_新浪新聞 · 新浪新聞[引用日期2021-12-26]
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