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宇宙大爆炸到底是科學還是假說?有哪些證據來支撐?

2024-10-11科學

「宇宙大爆炸」這個科學理論不僅在學界被廣泛接受,其詳實的證據和完善的解釋力也使其成為現代宇宙學的基石。

與之對立的「宇宙穩態模型」及其擁躉的聲勢日漸式微,而「準穩態宇宙學」的支持者也逐漸淡出了核心討論圈。

膨脹理論正日益成為科學界的普遍共識——盡管到目前為止它依舊處於假說階段。

讓我們來簡短回顧一下「大爆炸」理論的誕生歷程。

1922年,俄國科學家亞歷山大·弗列特曼透過精密計算得出了「宇宙正在不斷膨脹」的著名結論。

1927年,比利時的天主教神父兼天文學家喬治·勒馬特,根據自己的觀測成果支持了弗列特曼的理論,並進一步提出「宇宙起源於一個極小的原始原子爆炸」,這顆原子大小的原始物質塊被勒馬特稱為「宇宙蛋」。

勒馬特神父關於宇宙誕生的觀點,建立在艾德溫·哈伯對遠離我們而去的遙遠星系的光譜紅移現象的觀察之上。

1919年,艾德溫·哈伯開始著手觀察星系紅移,十年之後,他將觀察成果概括為著名的「哈伯定律」。

這條定律不僅驗證了弗列特曼的宇宙膨脹理論,也為弗列特曼-勒馬特方程式提供了實證,而這個方程式實際上是從愛因斯坦廣義相對論的場方程式中推匯出來的。

當哈伯公布了他的定律,並邀請愛因斯坦到韋遜山天文台驗證觀測數據後,愛因斯坦宣布放棄了自己對「宇宙常數」的研究,並修正了其廣義相對論中關於「穩態宇宙」的公式,承認自己犯下了「最大的錯誤」。

因此,「宇宙大爆炸」理論得以確立。

「宇宙大爆炸」理論的科學觀測基礎如下:

紅移現象是大爆炸理論的一大支柱,也是最早期、最直接和最有力的證據之一。

哈伯提出的哈伯定律毫無疑問是支持大爆炸理論的最有力工具。

如果有人今天要反對大爆炸理論,你只需將哈伯定律展示給他看即可:

哈伯定律建立在紅移現象的基礎之上。

科學家們透過觀察發現,遠離地球的遙遠星球的光譜頻率會加速,朝藍色方向移動;反之,朝紅色方向偏移。

對同一種類的恒星或星系而言,其發出的光譜應是固定的。

因此,如果觀察到的光譜偏紅,就意味著該恒星或星系正在遠離我們。

科學家們的觀察結果顯示:銀河系中的恒星與地球的相對距離相對穩定,而其他星系或多或少都存在紅移現象,距離越遠的星系紅移振幅越大,這說明它們正在加速遠離銀河系。

由此倒推,支持「大爆炸」理論的科學家們認為,在130億年前,這些星系原本是聚集在一起的。

宇宙微波背景輻射(CMB)是一種電磁輻射,被譽為「大爆炸的余輝」。

這種光輝是無法用光學望遠鏡觀察到的。

如果使用光學望遠鏡來觀察太空,我們會發現,在恒星之間、星系之外的宇宙空間是漆黑一片,空無一物。

但是,使用微波射電望遠鏡,則能夠接收到來自宇宙各處的微弱背景雜訊或發光。

科學家們認為,這種微弱的訊號是相對均勻且各向同性的,這表明它並非來自特定的恒星或星系,而是源自宇宙大爆炸所釋放的輻射。

因此,CMB成為證實宇宙大爆炸存在的另一個有力證據。

科學家們還認為,宇宙中各種元素的比例也是大爆炸理論的證據之一;

2011年,天文物理學家在宇宙中發現了一些氣體雲,這些氣體雲中只有氫和氘,不含其他重元素,被認為是宇宙大爆炸後最早形成的原始氣體,也是大爆炸的證據;

科學家們還認為,透過分析銀河系的演化以及一些「古老恒星」的年齡,可以推斷出它們與宇宙誕生的時間相符,盡管可能存在某些誤差。

即使愛因斯坦已經放棄了他的穩態宇宙理論,盡管持「準穩態宇宙」觀點的科學家們日益被邊緣化,但對「大爆炸」理論的質疑從未停止。

在「大爆炸」理論提出後的幾十年裏,科學家們一直質疑「宇宙蛋」理論的提出者——喬治·勒馬特的神父身份,因為如果宇宙中除了這個「蛋」之外別無他物,那麽是誰啟動了這個開關?

如果宇宙與時間始於「大爆炸」,那麽如何解釋爆炸之前的時空?如果時間有一個「起點」,那麽必然有「起點」之前的時刻,那個時刻之前又是什麽?如果在那個時刻之前還有時間,那麽這與「大爆炸之前不存在時空」的觀點不符,這顯然是一個邏輯悖論。

根據「大爆炸模型」,應該產生相同數量的正物質與反物質,科學家們知道正物質與反物質相遇會發生爆炸與湮滅,但現存的宇宙中基本都是正物質,那些反物質去了哪裏?

哈伯常數已經被大量例項證明其並不精確,在某種意義上它應該被稱為「哈伯參數」,那麽造成這種不準確的原因是什麽?它與觀測器材有關,還是與占宇宙中95%的暗物質及暗能量有關,或是與光子可能具有的靜止質素有關?

所有這些問題都應該有答案,這些宇宙之謎還需科學家們持續不斷的努力探索。

對於宇宙來說,人類的觀察範圍實在是微不足道,人類的存在歷史不過是宇宙的一瞬間,科學探索才剛剛起步,離得出最終結論還遠得很。