宇宙這個(gè)話題似乎非常的大，需要了解它需要花很長(zhǎng)的時(shí)間，但是當(dāng)你走進(jìn)它你將發(fā)現(xiàn)很多很有意思的事情。所以我個(gè)人覺(jué)得非常值得我們?nèi)ド钊肓私馑?。那今天我們先就?lái)講一下宇宙它的來(lái)源吧！

《宇宙是從大爆炸中誕生的嗎》，大家一看這個(gè)題目就會(huì)聯(lián)想翩翩，首先想到很奇怪,再一個(gè)感覺(jué)覺(jué)得有點(diǎn)不可思議，怎么會(huì)是大爆炸呢？那我們就看一下，這個(gè)宇宙究竟是怎樣誕生的，為什么我們會(huì)想到大爆炸？

宇宙大爆炸

上一個(gè)世紀(jì)最早想到這件事情的是一個(gè)匈牙利的天文學(xué)家叫勒馬特,他怎么想到的呢？我們知道上一個(gè)世紀(jì)初期以后，物理學(xué)的發(fā)展都很快。其中在物理學(xué)里邊有一個(gè)很重要的規(guī)律，就是這個(gè)物質(zhì)結(jié)構(gòu)和次序都是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，那么描寫(xiě)這個(gè)量呢？有一個(gè)物理參數(shù)叫做熵,這個(gè)熵說(shuō)什么呢？就是說(shuō)任何一個(gè)事物，宇宙世界，這個(gè)發(fā)展次序都是從簡(jiǎn)單到復(fù)雜。所以我們宇宙中的熵也是在不斷地增加，從簡(jiǎn)單到復(fù)雜，最簡(jiǎn)單是什么呢？最簡(jiǎn)單就是一個(gè)小的單元。所以勒馬特就想到，這個(gè)宇宙最初的可能就是從一個(gè)原始的原子誕生的，然后這個(gè)原子演變演變最后演變成現(xiàn)在的宇宙。這就符合這個(gè)物理規(guī)律，這個(gè)熵是不斷增加的。這是勒馬特最早提出來(lái)的一個(gè)設(shè)想。

但是真正想到大爆炸理論，還是從我們物理學(xué)里邊的老祖宗開(kāi)始，也就是上一個(gè)世紀(jì)最偉大的物理學(xué)家愛(ài)因斯坦。大家知道，愛(ài)因斯坦創(chuàng)立了廣義相對(duì)論，這張照片是愛(ài)因斯坦非常天真的一張照片。那么他創(chuàng)立了廣義相對(duì)論以后，這個(gè)廣義相對(duì)論最主要的一個(gè)用途就是來(lái)描寫(xiě)宇宙。所以廣義相對(duì)論產(chǎn)生以后，就有了一個(gè)理論基礎(chǔ)來(lái)描述我們的宇宙，但是光有這么一個(gè)理論還不行，還需要天文學(xué)家有一個(gè)實(shí)踐。天文學(xué)家里邊有一位非常有名的人哈勃。大家知道天上飛著一個(gè)空間望遠(yuǎn)鏡，就叫做哈勃空間望遠(yuǎn)鏡。為什么呢？就是為了紀(jì)念哈勃，這位天文學(xué)家有很大的功勞，他主要的功勞是什么呢？他證明了宇宙在不斷地膨脹，通過(guò)觀測(cè)來(lái)證明。

愛(ài)因斯坦

那么有這兩點(diǎn)。一個(gè)是有了一個(gè)廣義相對(duì)論；一個(gè)是有觀測(cè)事實(shí)。這個(gè)觀測(cè)事實(shí)呢，就證明了我們的宇宙在不斷地膨脹。這兩件事情加在一起，當(dāng)時(shí)就有幾位物理學(xué)家首先提出了大爆炸的思想，那么主要的一位叫做伽莫夫。伽莫夫就想到，如果按照廣義相對(duì)論的理論再加上一些原子的反應(yīng)過(guò)程，就有可能推算出我們宇宙的演化歷史。伽莫夫有個(gè)學(xué)生叫阿爾文，他把這個(gè)稿子投到當(dāng)時(shí)著名的一個(gè)刊物叫《物理學(xué)評(píng)論》，一位編輯也是他的朋友叫做貝瑟。伽莫夫就建議把他的名字也加上，所以這篇文章最后就按照希臘文的三個(gè)字母αβγ，就變成叫做αβγ理論。

中間有其他的一些人又做了很多的修正和補(bǔ)充，就使得這個(gè)理論慢慢就越來(lái)越完善。那么這個(gè)大爆炸理論提出來(lái)以后，它最核心的一點(diǎn)他就指出來(lái)，如果他這個(gè)理論要是成立的話，我們這個(gè)宇宙一邊膨脹，一邊降低溫度。那么降到現(xiàn)在，宇宙最邊沿的就是四周的溫度，應(yīng)該降到多少度呢？應(yīng)該降到五度左右，大家注意，這個(gè)五度是指的絕對(duì)溫標(biāo)。我們說(shuō)絕對(duì)溫標(biāo)是這樣，如果它要是五度的話，相當(dāng)于攝氏溫度負(fù)二百多度，攝氏溫度的負(fù)273度才是絕對(duì)溫標(biāo)的0度，這個(gè)溫度是非常非常低。但是他預(yù)言了這件事情，非常的湊巧，他預(yù)言了以后呢！就等待著看看有沒(méi)有觀測(cè)的結(jié)果，天文學(xué)家也做了很多努力去觀測(cè)。但是一想這個(gè)溫度這么低，你們可以想一想，這樣低的一個(gè)溫度去觀測(cè)，那實(shí)在是太困難了，也就是說(shuō)，零下負(fù)二百多度去觀測(cè)，那太困難了，天上星星的溫度都比這高得多。

但就在這時(shí)，有兩位工程師是貝爾實(shí)驗(yàn)室的兩位工程師，一位叫彭齊亞斯，一位叫威爾遜。他們兩個(gè)人在做什么實(shí)驗(yàn)?zāi)?？就在做通信?shí)驗(yàn)，用他背后這個(gè)天線在做通信實(shí)驗(yàn)。他們?yōu)榱耸顾@個(gè)通信實(shí)驗(yàn)的靈敏度提高，他們就把這個(gè)天線做得非常的精致，也就是說(shuō)噪音非常低，那么他這個(gè)天線如果在傳輸?shù)臅r(shí)候，它的溫度大約也就是三百度，如果說(shuō)不做傳輸工作，它本身就是它本身固有的噪音應(yīng)該非常非常低。他們認(rèn)為幾乎就應(yīng)該到了絕對(duì)溫度的0度，也就是說(shuō)要到了負(fù)273度，他們認(rèn)為最多有0.5度，這個(gè)天線的本底噪音就這么低。那么它這樣低，他們要實(shí)驗(yàn)，那么這個(gè)天線對(duì)到任何一個(gè)地方。你們可以想一想，都有溫度。只有對(duì)在什么地方，對(duì)到宇宙，對(duì)到天空，如果對(duì)到天空里邊，不對(duì)著太陽(yáng)，也不對(duì)著其他的星球，那個(gè)地方的溫度應(yīng)該是什么呢？應(yīng)該是0度，而且應(yīng)該是絕對(duì)0度，一點(diǎn)溫度都沒(méi)有。但是對(duì)著宇宙以后呢！非常出乎他們的意料，總是有那么一點(diǎn)溫度干擾他們這個(gè)儀器，也就是說(shuō)，儀器里邊總接收到那么一點(diǎn)溫度。

這時(shí)候他們就通知了在普林斯頓當(dāng)時(shí)正在從事理論研究的一些天文學(xué)家，這些天文學(xué)家知道以后欣喜若狂，說(shuō)你們這個(gè)東西太重要了，就是伽莫夫預(yù)言的大爆炸的這個(gè)溫度。是不是呢？這就是后來(lái)在他們的啟發(fā)下做的測(cè)量，那么測(cè)量的結(jié)果的的確確存在著，我們管它叫做微波背景輻射，這就是全宇宙中的微波背景輻射。

那么這個(gè)輻射是什么特征呢？這個(gè)輻射很有意思，如果我們把這個(gè)輻射仔細(xì)分析一下，看上去好像有點(diǎn)不均勻。這個(gè)顏色就代表一個(gè)溫度，好像北邊稍微溫度高一點(diǎn)，南邊溫度稍微低一點(diǎn)。其實(shí)不然，這一點(diǎn)點(diǎn)差別，并不是宇宙背景輻射的差別，而是由于我們地球的運(yùn)動(dòng)，使得溫度有一點(diǎn)點(diǎn)改變。如果你把這一點(diǎn)點(diǎn)溫度修正了以后，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這個(gè)宇宙四周來(lái)的輻射是完全均勻的，這是第一點(diǎn)。

在座的一定要想，你就光這么一條理論就認(rèn)為是大爆炸，會(huì)不會(huì)還有其他的可能性？這一條是非常重要的，為什么說(shuō)這一條非常重要呢？因?yàn)檫@一條不是先有的觀測(cè)，后去搞的理論。而是我們先有了一套理論，而這條理論就是以大爆炸為基礎(chǔ)。那么這個(gè)觀測(cè)呢，果然就出來(lái)了。而且這套理論在觀測(cè)驗(yàn)證以前，認(rèn)為好像是也很難想像，說(shuō)我們這個(gè)宇宙是大爆炸有點(diǎn)不可思議。所以這個(gè)觀測(cè)出來(lái)以后，對(duì)大爆炸理論是一個(gè)非常有利的支持，這是最重要的一個(gè)支持之一。

除此之外還有一個(gè)重要的支持。既然你是大爆炸，那我們這個(gè)宇宙意味著什么呢？在不斷地膨脹，是不是不斷膨脹，也要由觀測(cè)來(lái)驗(yàn)證，那么這個(gè)觀測(cè)主要就是由哈勃來(lái)完成的，在上個(gè)世紀(jì)的20年代到30年代，哈勃工作在美國(guó)的威爾遜天文臺(tái)。他在觀測(cè)什么？他在觀測(cè)河外星系。我們說(shuō)哈勃本來(lái)還有一個(gè)功勞，他就證明了除了銀河系之外還有和我們銀河系一樣的，很多的河外星系。這是他的一個(gè)功勞，但是他另外一個(gè)功勞比這個(gè)功勞還要大。他就是去測(cè)量這些河外星系相對(duì)于銀河系有沒(méi)有運(yùn)動(dòng)，他就測(cè)量這個(gè)，怎么測(cè)量呢？就測(cè)量河外星系的運(yùn)動(dòng)速度，我們說(shuō)運(yùn)動(dòng)速度是可以測(cè)量的，通過(guò)測(cè)量它的光譜，根據(jù)多譜勒運(yùn)動(dòng)，我們就可以算出它的運(yùn)動(dòng)速度來(lái)，那么測(cè)量的結(jié)果非常地驚人。

怎么個(gè)驚人法呢？就發(fā)現(xiàn)我們宇宙就像氣球一樣，在不斷地膨脹，在不斷地?cái)U(kuò)大。什么叫在不斷地膨脹呢？就說(shuō)我們看到的河外星系，每一個(gè)星系我們測(cè)量它的速度以后都發(fā)現(xiàn)這個(gè)速度是一個(gè)正的速度，也就說(shuō)這個(gè)河外星系在遠(yuǎn)離我們，無(wú)一例外。所有的河外星系都在遠(yuǎn)離我們，而且這個(gè)遠(yuǎn)離是非常有規(guī)律的。所以這個(gè)宇宙的膨脹就非常有利的支持了大爆炸理論，我們看一下這個(gè)膨脹的過(guò)程，大家看出來(lái)了吧，這就是模擬宇宙在不斷膨脹的情況。

除了宇宙膨脹以外，還有沒(méi)有其他的觀測(cè)事實(shí)來(lái)證明大爆炸理論呢？我們說(shuō)還有一個(gè)非常重要的觀測(cè)事實(shí)，什么觀測(cè)事實(shí)呢？就是我們測(cè)量宇宙中的元素的含量，我們說(shuō)宇宙中的元素，當(dāng)初根據(jù)大爆炸理論的話，應(yīng)該是首先生成的是元素中最簡(jiǎn)單的元素。最簡(jiǎn)單元素是什么呢？是氫，所以宇宙中氫是首先產(chǎn)生的，而且氫的含量應(yīng)該非常多，那么有了氫以后，這個(gè)氫在逐漸地通過(guò)原子核的聚變過(guò)程。就是說(shuō)原子核和原子核通過(guò)聚變反應(yīng)，在不斷地生成更重的元素，那么緊接著氫，下一個(gè)要生成的元素是什么呢？就是氦，也就是說(shuō)氫通過(guò)聚變反應(yīng)來(lái)生成氦，這個(gè)反應(yīng)非常非常重要，為什么說(shuō)重要呢？目前呀，所有的恒星它的產(chǎn)能，也就說(shuō)它輻射的能量就是通過(guò)氫聚變成氦得到的原子核的能量。當(dāng)然最典型的是什么呢？就是我們的太陽(yáng)，我們太陽(yáng)為什么發(fā)光呢？如果你指望著像燒煤球爐子一樣，來(lái)燒煤球，那得多少煤也不行，靠其他的化學(xué)也不行，維持這么多年是不可能的。那么惟一的就是太陽(yáng)上邊的氫，通過(guò)聚變過(guò)程來(lái)生成氦，這樣一個(gè)核反應(yīng)過(guò)程就給我們提供了幾乎是無(wú)窮無(wú)盡的能量。你看重要不重要？非常重要。我們可以順便說(shuō)一下，我們這個(gè)人類開(kāi)發(fā)核能源，很重要的原因，就是通過(guò)太陽(yáng)的產(chǎn)能得到的啟發(fā)。

比方說(shuō)我們地面用的氫彈就是一種聚變反應(yīng)，原子彈是一個(gè)分裂反應(yīng)那么現(xiàn)在人類還不滿足，正在搞受控?zé)岷朔磻?yīng)，受控?zé)岷朔磻?yīng)是什么呢？就是制造一些小太陽(yáng)，如果那個(gè)要實(shí)現(xiàn)的話，你可以想像看，氫都可以聚變成氦。好了，既然宇宙中的元素，是有恒星在燃燒過(guò)程中通過(guò)氫來(lái)聚變成氦，當(dāng)然這有個(gè)過(guò)程。我圖上面說(shuō)的很清楚，它也聚變成氦的同位素，叫做氘，然后再合成叫做氚，最后就合成有四個(gè)中子和質(zhì)子的氦。

那么這個(gè)過(guò)程我們可以算出來(lái)，宇宙中大體上有多少個(gè)恒星，這個(gè)恒星的年齡有多大？那么現(xiàn)在宇宙中應(yīng)該有多少氫？有多少氦？就算出來(lái)了。那算出來(lái)的結(jié)果和觀測(cè)非常地不符合，怎么不符合呢？如果說(shuō)我們這個(gè)宇宙中的氦完全是由每一個(gè)單個(gè)的恒星，通過(guò)氫聚變成氦的熱核反應(yīng)產(chǎn)生的。那么宇宙中的氦大概有多少呢？也不過(guò)只有百分之幾，只有百分之幾，占到總含量的百分之幾?？墒俏覀儸F(xiàn)在測(cè)量結(jié)果發(fā)現(xiàn)宇宙中的氦非常多，多到有多少呢？宇宙中的氦大約占了宇宙中總元素的四分之一，也就是說(shuō)有25％是氦，70％多是氫，然后再加上其他的一些元素。那么這個(gè)問(wèn)題就來(lái)了，這些氦是怎么產(chǎn)生的呢？就要問(wèn)這個(gè)問(wèn)題。

那么用正常的辦法，我們把天上所有的恒星都把它整個(gè)都加起來(lái)，把它年齡也計(jì)算出來(lái)。然后產(chǎn)生了多少氦？我們可以算出來(lái)，用這些正常的手段是絕對(duì)產(chǎn)生不了宇宙中這么多氦的。那么最后的結(jié)論是什么呢？只有在當(dāng)初通過(guò)一個(gè)非常時(shí)期，也就是說(shuō)一次大爆炸的過(guò)程，那么在大爆炸過(guò)程中就會(huì)迫使很多氫聚變成氦，然后在造我們這個(gè)恒星的時(shí)候，就不單是純粹由氫來(lái)造了。而是由氫再加上氦一起來(lái)造的這個(gè)恒星。所以恒星在造的時(shí)候，已經(jīng)就含了好多個(gè)氦的元素含量已經(jīng)多了，因此我們現(xiàn)在測(cè)出來(lái)宇宙中的元素含量才有了這么多的氦。所以我們概括起來(lái)大家就知道了，一個(gè)主要的觀測(cè)事實(shí)呢，就是說(shuō)宇宙是膨脹的。還有一個(gè)非常重要的觀測(cè)事實(shí)呢，我們宇宙膨脹到現(xiàn)在，它的剩余溫度正好和我們預(yù)算的一樣，它的溫度是多少呢？我們說(shuō)是3度K或者說(shuō)攝氏負(fù)270度。還有一條就是宇宙中有這么多的氦元素，也是通過(guò)大爆炸來(lái)產(chǎn)生的。所以我們總括起來(lái)，有哪些證據(jù)來(lái)支持大爆炸呢？就有這么多證據(jù)，第一個(gè)就是叫微波背景輻射。第二個(gè)就是哈勃定律，也就是說(shuō)宇宙在膨脹。

除此之外還有一個(gè)很重要的理由，什么理由呢？就是我們宇宙的年齡，如果我們說(shuō)宇宙的年齡是無(wú)限大，那就沒(méi)有起始了，就沒(méi)有大爆炸這一說(shuō)了，現(xiàn)在我們測(cè)量的結(jié)果，宇宙的年齡是有限的，不但是有限的，而且我把年齡也測(cè)出來(lái)了。宇宙的年齡有多大呢？我們說(shuō)小于二百億年，我們宇宙的年齡小于二百億年，目前傾向性的看法認(rèn)為宇宙的年齡大約是一百五十億年。我經(jīng)常說(shuō)這個(gè)年齡很好記，怎么記呢？你就把這個(gè)“億”字去掉，就是一百五十年。那就是說(shuō)我們努努力，科學(xué)發(fā)展以后，健康條件好了，有可能活到一百五十歲，差不多人的極限。我們知道太陽(yáng)它的壽命大約是一百億年?，F(xiàn)在太陽(yáng)已經(jīng)活了差不多是五十億年了，還有五十億年，這就是宇宙的年齡，大約就是小于二百億年。那么這四個(gè)證據(jù)，就證明了我們這個(gè)宇宙可能是通過(guò)一次大爆炸產(chǎn)生的。這就是大體上我給大家一個(gè)輪廓，有這么一個(gè)理論，有這么多觀測(cè)事實(shí)。

通過(guò)諸多天文學(xué)家這些年付出的努力，才得以讓現(xiàn)在的我們能夠越來(lái)越多的去了解這個(gè)我們來(lái)與生存的空間的模樣，才得以讓我們知道我們生存的空間是這么的神奇和偉大。

浩瀚的宇宙