 138億年前，我們所知的宇宙從一個被稱為大爆炸的高溫高密度狀態(tài)中誕生。 盡管幾十年來有許多嚴肅的替代方案被考慮過，但在整個20世紀，隨著宇宙微波背景的發(fā)現(xiàn)，科學(xué)界在50多年前最終達成了共識。盡管許多人試圖重新提出各種各樣的不可信的觀點，并試圖提出新的可能性，但所有這些都在一整套天文數(shù)據(jù)的重壓下消失了。 大爆炸理論目前可以說是我們宇宙起源的唯一有效理論，大家還有什么疑問可以查看我的文章《為什么除了大爆炸理論沒有其他更好的選擇？》和《宇宙大爆炸之前存在什么？》，深入了解為什么大爆炸理論是無法替代的選擇。 如果“大爆炸”理論真的反映了宇宙的真實情況，那么按照我們的經(jīng)驗，這個爆炸似乎應(yīng)該有一個“爆點”也可以說爆炸中心，我們從普通的炸彈爆炸、原子彈爆炸直到宇宙尺度的超新星爆炸都是從某一個點向周圍空間的各個方向輻射出去的。 如果這個爆炸中心存在，那么就不難推論出現(xiàn)在的宇宙也應(yīng)該存在這樣一個宇宙的中心。 但是，大爆炸理論卻明確告訴我們，宇宙沒有中心！大爆炸不是普通的爆炸，宇宙的膨脹在各處都是一樣的，宇宙不是從一個中心膨脹到現(xiàn)在的宇宙，而是同時在各個方向同時發(fā)生的。 這似乎有點反直覺，但確實是觀測事實，今天小編就和大家聊一聊原因。 宇宙大尺度結(jié)構(gòu) 美國2微米全天巡天項目繪制的宇宙大尺度結(jié)構(gòu) 當(dāng)科學(xué)家通過巡天和各種不同電磁波輻射波長（特別星21公分輻射，即星際空間的冷中性氫原子發(fā)射的射電波長輻射）對可觀測宇宙中大范圍內(nèi)（尺度大概為十億光年）的質(zhì)量和光的分布特征進行調(diào)查和描繪時，發(fā)現(xiàn)整個宇宙似乎顯示出一種“泡沫網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)，幾乎所有的星系都分布在狹窄的“纖維帶”上，而在它們的中間則是巨大的空洞。  宇宙的“泡沫網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)模擬圖 這種“泡沫網(wǎng)狀”結(jié)構(gòu)類似于海綿的結(jié)構(gòu)，雖然存在絲狀結(jié)構(gòu)和空洞，但是這些都是局部的景象，從總體來看卻是均勻的，沒有差別的，也就是科學(xué)家說的各向同性和對稱的。 也許有人會說，這是我們在地球上觀測的情況，也許宇宙其他地方觀測的情況就不一樣，所以這里還要提一個名詞——宇宙學(xué)原理，這是一個假設(shè)，意思是說在宇宙學(xué)尺度上，任何時刻，三維空間是均勻的和各向同性的，也就是說宇宙中各處的觀測者，觀察到的物理量和物理規(guī)律是完全相同的，沒有任何一個觀測者是特殊的。 如果你非要說，我就認為其他地方觀測的不一樣，那我也沒辦法了，你也沒法證明，我也沒法證偽，這就尷尬了，畢竟我們還沒有發(fā)現(xiàn)外星人，而且即使發(fā)現(xiàn)了，通訊也是個麻煩問題。 但是，我們還是更有理由根據(jù)可觀測宇宙的均勻狀況推測到可觀測宇宙外面也是均勻的。 所以，我只能說，按照我們掌握的宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的觀測數(shù)據(jù)，再假設(shè)宇宙學(xué)原理是正確的，那么可以推斷出這個宇宙是個均勻的、各向同性的、對稱的宇宙，沒有中心可言。 宇宙微波背景 宇宙微波背景輻射（CMB） 除了大尺度結(jié)構(gòu)，還有一個觀測數(shù)據(jù)也很有說服力，那就是宇宙微波背景（CMB）。 記得小時候看老式的電視，沒有信號的時候滿屏幕都是雪花，號稱“雪花臺”，還有就是聽收音機沒有臺的時候也有一個均勻的噪音，但很少有人問為什么會有這些背景噪波呢？  宇宙膨脹將宇宙背景光波長拉伸到微波區(qū) 美國貝爾實驗室的兩位工程師羅伯特·威爾遜和阿諾·彭齊亞斯研究這個東西就研究出來門道了，他們深入的觀測發(fā)現(xiàn)，這原來是宇宙的背景光，因為宇宙膨脹的效應(yīng)，其波長被拉伸到微波區(qū)。  微波背景輻射的最重要特征是具有黑體輻射譜，在0.3-75厘米波段，可以在地面上直接觀測，在大于100厘米的射電波段，銀河系本身的超高頻輻射掩蓋了來自河外空間的輻射，因而不能直接測量；在小于0.3厘米波段，由于地球大氣輻射的干擾，要使用氣球、火箭或衛(wèi)星等空間探測手段才能測量。  測量數(shù)據(jù)表明，宇宙微波背景是溫度接近2.7K的黑體輻射，習(xí)慣稱為3K背景輻射。由于黑體輻射需要通過輻射和物質(zhì)的相互作用才能形成，現(xiàn)今宇宙空間物質(zhì)密度極低，相互作用極小，這就表明3K微波背景輻射是極大時空范圍的事件，也就是整個宇宙的背景輻射。 而微波背景輻射的一個重要特征就是極高的各向同性，沿天球各個不同方向觀測，其輻射強度漲落小于0.3%。 這也可以說明，這個宇宙是個均勻的、各向同性的、對稱的宇宙，沒有中心可言。 理論的破裂 《星際穿越》中展示的黑洞效果圖 另外，我們現(xiàn)有的經(jīng)驗、理論、模型都限定于現(xiàn)有的低速宇宙條件下，一旦出現(xiàn)特殊情況，現(xiàn)有理論就會出現(xiàn)裂縫，最顯著的例子就是黑洞，現(xiàn)有理論預(yù)言了黑洞的存在，并以事件視界為分割線，描述事件視界外面的理論非常多，但描述事件視界里面情況的理論很少而且顯得極其蒼白無力。 大爆炸理論也是如此，雖然大爆炸理論是基于相對論的且有很多觀測數(shù)據(jù)支撐的比較完善的理論，但是該理論模型為了擬合觀測數(shù)據(jù)也包含著很多假設(shè)，隨著我們越來越回退到大爆炸的時刻，這些假設(shè)就變得越來越不確定。  在奇點處，現(xiàn)有理論將失效 所以說，一旦往前回退到爆炸時那個各種數(shù)值（例如溫度、質(zhì)量和時空曲率）趨近無限的奇點，現(xiàn)有理論就會出現(xiàn)破裂，所有在爆炸時和爆炸前的空間和時間如何根本無法推測，例如，有可能在非常高的密度和溫度條件下，物質(zhì)具有異常行為，導(dǎo)致引力變成斥力，如果發(fā)生這種情況，那么大爆炸就可能不是簡單的爆炸而是一個反彈，再回退時間宇宙就會翻轉(zhuǎn)到爆炸前的過去。 所以，既然現(xiàn)存的所有經(jīng)驗、理論、模型都無法描述大爆炸時的情況，那么我們也完全有理由得出這樣一個結(jié)論：根據(jù)現(xiàn)有生活經(jīng)驗推斷出的爆炸必然存在爆炸中心的想法根本不適用于宇宙大爆炸。 氣球類比 膨脹的“氣球宇宙” 經(jīng)過上面的論述，我們基本可以得出一個結(jié)論，那就是現(xiàn)今的宇宙學(xué)模型不支持大爆炸存在中心的說法，宇宙各處幾乎完全同質(zhì)，這意味著空間中的任何點都沒有與其他點相差很大的屬性，大爆炸似乎是同時發(fā)生在宇宙的每個地方。 如果你非要把這個事搞清楚的話，我們可以用氣球宇宙來類比一下。 假設(shè)整個宇宙是一個巨大的氣球的表面（我們的宇宙當(dāng)然是三維的，這里把三維宇宙降低為二維宇宙是為了方便類比），這個氣球宇宙從很小的未充氣狀態(tài)充氣后膨脹到很飽滿的狀態(tài)，類似于宇宙大爆炸并膨脹的過程，這個過程中氣球表面的每個點都相互遠離，和我們的宇宙一樣表現(xiàn)為同時且均勻的膨脹，很顯然，這個氣球表面的宇宙中就不存在一個膨脹中心。  當(dāng)然，如果你非要選一個氣球宇宙膨脹的中心點，這個中心就肯定不在氣球表面的宇宙中而是在氣球內(nèi)部，所以，你應(yīng)該可以猜到小編想說的結(jié)論，那就是根據(jù)觀測事實，我們的宇宙是均勻膨脹的，沒有膨脹中心，即使存在中心，那也肯定超出了這個三維宇宙的范圍。 關(guān)注《未來科技社》，一起眺望未來！-----青云計劃獲獎文章---- 人類再這樣敗地球這個家，當(dāng)真是作死的節(jié)奏呀！ |
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