宇宙有起点吗?

关于宇宙的起源,其实是我们近100多年来才开始讨论,起初很多人认为宇宙是永恒的。之所以会这样,道理也很简单,古时候没有光污染,当时的人看天空,肉眼能观测到的除了月亮、太阳、金星、木星、土星、火星、水星,其他的天体几乎是不动的。

所以,有了五行的看法,其实就来自于这五大行星,而太阳和月亮是被特殊对待的,这里不展开古代天文历法的内容。其实只是想表达,古人看天象,在大尺度上,宇宙似乎是不变的,因此,古人认为宇宙是永恒的。所谓的“永恒”实际上是说,宇宙没有起点,也没有终点。无论是中国古代的天圆地方,还是西方的地心说,都是如此。

宇宙是永恒的吗?如果不是,为什么我们看到的天空和古人一样?

这个观念延续得非常得久,我们知道的牛顿也秉持的这个观点。他之所以会这样也是无奈之举。

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我们都知道,他提出了著名的万有引力定律,按照万有引力定律,万物之间都有吸引力,会彼此吸引,这样物质就会向中心靠拢,这就意味着宇宙会最终聚合到一个点上。

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可事实上,我们观测到的宇宙并不是这样。因此,牛顿认为宇宙应该是无限大的,而且处处都引力动态平衡,这样就可以出现宇宙往中心聚合的情况发生。

牛顿的这种观念其实也影响了很多人,当然也是有人质疑过他的,但这种观念一直都占据了主流。一直到100多年前,著名的物理学家爱因斯坦横空出世。

广义相对论引力场方程

实际上,爱因斯坦也认为宇宙是永恒的,这还有一个专有名词,叫做有限无边静态宇宙模型。说白了就是爱因斯坦也认为宇宙在大尺度上不随着时间的流逝而变化的。

1915年,爱因斯坦在那一年正式提出了广义相对论。在广义相对论当中,爱因斯坦提出了一个广义相对论引力场方程。这个方程其实是用来描述宇宙的。

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只不过爱因斯坦发现这个方程预示着宇宙应该是随着时间的流逝而膨胀的。这和他的“有限无边静态宇宙模型”是相互矛盾的。因此,他在这个方程当中加上了一个宇宙学常数,只要进行合理的取值,就可以抵消宇宙的膨胀效应,使得宇宙是静态的。

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这个方程一提出来,遭到了理论物理学家的质疑,其中最具有代表性的就是勒梅特。他认为爱因斯坦认为宇宙是静态的观念是有问题的。宇宙应该是随着时间的流逝而变化的。

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你以为勒梅特是要删掉这个宇宙学常数?实际上并没有,他认为宇宙学常数并不应该用来抵消宇宙的膨胀,相反这个宇宙学常数应该是可以用来调节宇宙的膨胀速率,毕竟宇宙究竟是匀速膨胀,加速膨胀或者加速膨胀,这个在没有研究明白之前,我们不能轻易下定论。而宇宙学常数其实就可以把之后研究的影响因子带入到方程当中。

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既然宇宙是随着时间的流逝而膨胀的,所以勒梅特就倒推出,宇宙应该是起源于一个炙热的起点的,这其实也是如今宇宙大爆炸模型的1.0版本。这个版本实际上还存在着很多需要解决的问题。但现在看来,勒梅特已经可以说是高瞻远瞩了。

不过,这里要补充一点,勒梅特的研究并没有引起足够的重视。但是有一个天文学界的大神已经迫不及待地要实力打脸爱因斯坦那,他就是哈勃。

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宇宙存在“起源”

哈勃长期从事着观测银河系外的星系的工作。他就发现,大多数的星系都在远离我们,而且离我们越远的星系远离我们的速度就越快。如果是这些星系自身在运动,应该是有的越来越靠近我们,有的越来越远离我们,而不是他所观测到这个样子。

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因此,只有一种解释,那就是空间在膨胀,才使得我们观测到的星系是这样远离我们的。

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基于这个发现,哈勃提出了著名的哈勃定律(如今这个定律也被称为哈勃-勒梅特定律)用来描述星系远离我们的速率。

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哈勃的发现意味着爱因斯坦的“有限无边静态宇宙模型”是错误的。所以,爱因斯坦只能认错。他还亲自到哈勃所在的天文台进行观测。据说爱因斯坦认为给引力方程加上一个宇宙学常数是他一生当中做过最错误的事情。

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所以,宇宙应该像勒梅特说的那样,是有一个起点。不过这个理论还需要能够描述整个宇宙演化的进程以及提出相关的关键证据。后来,一批卓越的粒子物理学家加入到完善整个模型的队伍当中,他们当中的杰出代表就有弗里德曼、伽莫夫等人。

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他们完善了勒梅特的理论,提出了一个宇宙模型,这个宇宙模型就是我们如今所说的宇宙大爆炸模型。不仅如此,他们还提出了两个关键证据,一个就是宇宙大爆炸后留下的余热被称宇宙微波背景辐射,另外一个就是氦元素丰度,它其实和早期宇宙的演化有关。

而这两个证据最终都被科学家们所证实。不仅如此,科学家甚至发现宇宙微波背景辐射当中存在着大量关于宇宙演化的秘密,这张图也成为天文学家的武林秘籍,人手一份。而且天文学家还在不断地追求更高精度的宇宙微波背景辐射,关于这张图也诞生了三个诺贝尔物理学奖。

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所以,宇宙大爆炸并不是一个空想的理论,而是经过了100多年的完善,而且其中有数以万计的理论物理学家,天体物理学和天文学家的努力,他们构建了理论,提出了关键证据,并且找到了关键证据,从而使得宇宙大爆炸得以被学术圈所承认。如今我们来看,宇宙大爆炸一共有三个关键证据,一个是哈勃观测到的宇宙膨胀的证据,也被称为哈勃红移;一个是宇宙微波背景辐射,这是宇宙大爆炸留下来的余温;一个是氦元素丰度,这说明了科学家对于大爆炸之后的宇宙早期的演化预言是正确的。

按照目前的理论和观测结果来看,我们的宇宙起源于138亿年前的一次大爆炸。

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在大爆炸之后,宇宙开始剧烈膨胀,随着空间的膨胀,宇宙从极其高的温度开始下降。在宇宙早期的前3分钟左右,构成目前宇宙的物质粒子就基本上形成了。到了宇宙大爆炸之后的38万年,宇宙的温度降到3000度,原子结构得以形成,宇宙开始变得透明,光子在宇宙中开始传播,这形成了宇宙微波背景辐射,然后宇宙大爆炸之后的2亿年,宇宙中的星云物质逐渐在引力作用下形成了恒星。

宇宙是永恒的吗?如果不是,为什么我们看到的天空和古人一样?

在然后在距今45亿年前,在太阳系位置附近有一片长达2光年的分子,在引力坍缩下形成了太阳,边角碎料形成了太阳系的其他天体,其中就包括地球,于是,才有我们人类。

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