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我們的世界真的是大霹靂產生的嗎?世界到底是被「誰」設計的?

2024-09-28科學

在宇宙探索的討論中,一個長期的議題一直激發著我們的好奇心:大霹靂理論是否真的描述了我們宇宙的起源?是何人設計了這神秘的宇宙?

在上個世紀的科學長河中,愛因史坦的廣義相對論引領了新的思考潮流。他提出,牛頓所論述的重力,本質是物質對空間結構的扭曲效果。

愛因史坦提出了一個生動的比喻,設想時空如同一張軟床,一個巨大的球體置入其中,床面自然會因重量而凹陷;附近較小的球體,亦會順勢滾向重球所造成的低窪處。

基於此,愛因史坦推測,太陽的龐大品質對空間的扭曲程度,將足以改變透過的星光路徑。

這個理論隨後被愛丁頓的觀測所證實,其測算的星光偏折角度與廣義相對論的預測驚人地一致。

數學的表達與實際觀測的印證,是科學的典範。

廣義相對論的成功,促使科學家利用它來探究宇宙的誕生。但得出的計算結果卻出人意料:宇宙的不穩定性導致所有天體最終墜入一個巨大的「坑」中。

難道宇宙註定走向自我消亡?

當時,穩態宇宙的觀點占據主流。愛因史坦並不完全接受自己的計算結果,因此引入了一個常數,以保持宇宙的穩定。

但後來證明,他之前的計算是正確的:宇宙的確是動態變化的。

對抗天體間重力的,正是宇宙的膨脹。

比利時的勒邁特提出,如果宇宙真的在膨脹,那麽今天的宇宙必定比昨天的更大,昨天的又比前天的大;反之,追溯回過去,宇宙將收縮至一個極小的、高密度的點,即所謂的「宇宙蛋」。

這便是大霹靂理論的開端。

觀測宇宙膨脹的明亮「燈塔」:

科學家們曾宣稱,無法透過觀測檢驗的理論並非科學。

哈伯,這位傑出的天文學家,提出了著名的哈伯定律。定律簡述為:天體離地球越遠,它遠離我們的速度越快。這速度,即著名的「退行速度」。

哈伯定律常用於計算遙遠星系的距離。例如,很多人曾認為仙女座位於銀河系內,但根據哈伯定律的測算,仙女座與地球的距離超過了銀河系的直徑,因此得出結論:仙女座其實是另一個星系。

科學家們需要一種標記物來測量宇宙尺度的遙遠,那就是造父變星。這種星體亮度周期性變化,科學家發現其閃爍周期規律,從而計算出星系與地球的距離。

火車出站時的汽笛聲,與宇宙膨脹有關:

當火車出站時,其汽笛聲總是開始時尖利,遠去時低沈。初中物理告訴我們,這叫做「都卜勒」效應。

聲波或光波的波長會因波源移動速度的快慢而變化。紅移現象揭示了星系遠離我們的事實,膨脹在與重力作鬥爭。

科學家們由此得知,星系遠離我們的速度與距離成正比。

宇宙大霹靂理論面臨的挑戰:

盡管大霹靂理論有數學支持與觀測驗證,但最初也存在缺陷。

「時標困難」是其中之一。哈伯根據自己的規律計算出宇宙約18億歲,而地質學家發現地球至少30億歲。

這個問題後來由德國的巴德解決,他發現哈伯未曾區分的造父變星兩類,修正後星系的距離翻倍,宇宙年齡也翻倍。

後續校準後,科學家們認為宇宙年齡約在100億至200億年之間,這一缺陷得以解決。

另一個缺陷是「原子豐度」。實際上,宇宙中各種原子的數量應相對均衡,然而現實中氫和氦兩種原子占了宇宙原子總數的99.9%。

為何會這樣?美國核物理學家伽莫夫提出,宇宙初生時是一鍋「氫原子湯」,其他原子均由氫原子透過核反應產生。

伽莫夫的理論同樣以數學為工具,精確計算了宇宙從大霹靂至今的溫度和密度。

又一個重要證據:宇宙微波背景放射線。

宇宙大霹靂之初,到處充滿光。30萬年後,宇宙溫度下降,部份光開始向外放射線。

科學家認為,這些光波即使經過100多億年也不會消失,它們是「宇宙微波背景放射線」,大霹靂理論最重要的證據。

但這種放射線非常微弱,科學家們在偶然中發現了它。

貝爾實驗室有一台精密射電天線,接收衛星訊號。科學家在檢查時,發現無論朝向何方,都能接收到一種微波噪音。

盡管費盡心力排除幹擾,噪音仍然存在。科學家們最終確認:這種噪音是宇宙微波背景放射線。

霍金提出了另一個模型:

霍金支持大霹靂理論,與潘洛斯提出「潘洛斯-霍金奇異點定理」。

他們用數學證明,如果廣義相對論正確,且觀測到的物質數量準確,那麽宇宙必定誕生於一個奇異點。

但霍金引入量子理論,提出了無邊界宇宙模型。

量子力學與相對論通常各自獨立,但霍金認為研究奇異點時,兩者必須結合。

根據相對論,宇宙要麽無限,要麽始於奇異點。但量子力學的引入提供了新可能:一個「有限無界」的宇宙。

就像地球,體積有限但無界。無邊界宇宙模型裏的宇宙是一個四維時空,既有限又無界,無需創生與消失,它就是存在本身。

這只是設想,目前主流的宇宙模型仍是大霹靂理論。

幾點啟示:

普通人看待物理理論時,多從哲學角度出發,是感性的。

真正的科學理論能用數學表達,並敢於接受檢驗。

科學從不滿足於現有認知,始終在探索真理。

對科學的崇尚應基於謙遜與質疑精神,持續仰望星空,探索未知。

因此,堅信我們生活在一個真實世界,始終不失為一個好選擇!