宇宙大爆炸到底是不是真實的？科學(xué)家這么解釋就明白了

wenxuefeng360 2019-12-17

展開全文

宇宙模型比拼的是“真實”嗎?

通常，在天文學(xué)領(lǐng)域把研究宇宙整體的演化稱為宇宙模型，屬于宇宙學(xué)的范疇。但是人類的宇宙模型實際上發(fā)生了極其巨大的變化。從最早地心說和日心說并立，到日心說被地心說淘汰，再到日心說在哥白尼、伽利略、開普勒的努力下重新復(fù)活并淘汰地心說。

再到牛頓時期，徹底摧毀了地心說和日心說，在牛頓世界觀下的宇宙是一個無限大的，由引力主導(dǎo)的宇宙。牛頓之后，愛因斯坦提出了全新的時空觀，并且詮釋了引力的本質(zhì)。但是愛因斯坦認(rèn)為宇宙模型不應(yīng)該隨著時間的變化而變化，于是，他在廣義相對論中加了一個宇宙學(xué)常數(shù)，讓方程預(yù)言的宇宙在大尺度下是靜態(tài)的，這也就是愛因斯坦的“有限無邊靜態(tài)宇宙”模型。

那我們來看，地心說，日心說，牛頓世界觀下的宇宙以及愛因斯的“有限無邊靜態(tài)宇宙”模型，它是真實的嗎？

可能你會覺得這些都是不真實的。如果是這樣，后面要提到的任何一個宇宙模型就都不是真實的。如果你認(rèn)為這些都是真實的，那后面我們要任何一個宇宙模型就都是真實的。所以，一個宇宙模型到底是不是真實的，完全取決于你如何定義“真實”。

如果按照科學(xué)的方法去看待這些宇宙模型，它們的差異并非是“真不真實”，而是誰描述得更精準(zhǔn)。

上述我們提到的四個宇宙模型，都能夠在一定程度上滿足各自時代的使用。換句話說，當(dāng)初地心說之所以打敗日心說，是因為托勒密的地心說能夠預(yù)測很多天文學(xué)現(xiàn)象，精度也夠用。

而哥白尼的日心說一開始的精度和地心說差不多，所以只在學(xué)術(shù)圈引起了一些波瀾。真正讓日心說廣泛使用的原因是開普勒提出了開普勒三大定律，讓日心說模型的精度急劇升高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了地心說，因此，開普勒也被稱為天空立法者。

牛頓和愛因斯坦之所以可以在各自時代稱雄，很大原因就是他們的理論不僅足夠準(zhǔn)，更重要的是他們的理論還能預(yù)言很多物理現(xiàn)象。比如：科學(xué)家僅僅依靠筆和紙就可以預(yù)言海王星的存在，然后天文學(xué)家再用觀測儀器去找，果然找到了。

所以，我們接下來要說到的“標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型”自身也在演化，它的地基其實是宇宙大爆炸，而宇宙大爆炸實際上是廣義相對論預(yù)言的結(jié)果。之所以大爆炸會成為主流的宇宙模型，關(guān)鍵就在于它比前面的宇宙模型更貼近目前的天文觀測，但同時，它也并非是完美，它也遇到了很多問題。那具體是咋回事呢？

標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型

剛才我們說到，愛因斯坦為了讓宇宙模型符合自己的觀點，加了一個宇宙學(xué)常數(shù)，如果不加這個常數(shù)，方程預(yù)言的宇宙就是膨脹。但是，愛因斯坦的這個做法很多科學(xué)家是不贊成的。其中就有弗里德曼和勒梅特等人。就拿勒梅特來說，他就提出了核火球模型，這個模型就預(yù)言了宇宙大爆炸。

但是勒梅特提出后，并沒有得到很多的重視。這是因為沒有證據(jù)。僅僅過了一年，哈勃在觀測銀河系外的星系時，就發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的星系發(fā)生了紅移的現(xiàn)象，說白了就是它們在遠(yuǎn)離我們。

哈勃的發(fā)現(xiàn)實際上預(yù)示著宇宙正在發(fā)生膨脹，這和愛因斯坦提出的“大尺度上不算時間流逝而變化”的理論就沖突了。反倒支持了勒梅特的看法。但是勒梅特的核火球模型并不完善，后來許多科學(xué)家加入到了完善核火球模型的研究中來。

尤其是完善宇宙早期的一些具體的細(xì)節(jié)，這就需要粒子物理學(xué)家加入。在他們完善了之后，他們就預(yù)言，如果大爆炸是成立的，我們就得找到兩個證據(jù)，一個是氦元素豐度，這意思是氦含量在宇宙中的占比，科學(xué)家后來通過觀測果然和理論預(yù)言的一致。

另外一個證據(jù)叫做宇宙微波背景輻射。這是大爆炸之后，38萬年，溫度降低到3000度左右時，大爆炸的余熱開始在宇宙中傳播開，留下來的痕跡，這也被科學(xué)家找到了。不僅僅是找到了，科學(xué)家還能獲取到極其精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)。而宇宙微波背景輻射也成了如今天文學(xué)家人手一份的“武林秘籍”。因為這當(dāng)中有太多太多宇宙的秘密。

因此，關(guān)于大爆炸模型，科學(xué)家有三個關(guān)鍵證據(jù)：

星系紅移

氦元素豐度

宇宙微波背景輻射

基于這些關(guān)鍵證據(jù)，大爆炸模型才成為主流的理論?？赡苣阋f了，憑什么呢？

這里就要我們扭轉(zhuǎn)一個思考問題的角度。我們可以想象一下，一起謀殺案，最后檢察官要起訴嫌疑犯，依靠的是什么呢？

難道檢察官真的穿越到殺人現(xiàn)場了嗎？事實上并沒有。我們判斷一個人是不是嫌疑犯或者說是兇手，主要依靠的就是證據(jù)。同樣的，我們?nèi)魏我粋€人都不可能穿越到宇宙起源的那一刻，但我們尋找宇宙起源時留下的蛛絲馬跡，以及現(xiàn)有的已經(jīng)被證實是堅實的科學(xué)理論，來推斷宇宙的起源。宇宙大爆炸其實就是利用這個方式得到的。而不同的宇宙模型比較的就是誰的證據(jù)更充分，誰的誤差更小。至少，目前來看，宇宙大爆炸是遠(yuǎn)比前面說到的幾個宇宙模型要靠譜得多，并且隨著科技的進步，觀測的證據(jù)一次次證明了這個模型是可靠的。

大爆炸模型遇到的問題

這并不是說，這個模型就是完美的了，實際上還存在著很多的瑕疵，比如，為什么宇宙的物質(zhì)分布如此均勻。再比如：宇宙為什么是加速膨脹的？

這些都是這個模型遇到的問題，而科學(xué)家也在不斷地完善，對于第一個問題，科學(xué)家提出了暴脹模型來解決。而加速膨脹的問題是因為暗能量的存在，但暗能量又是什么？科學(xué)家也沒有搞清楚。因此，現(xiàn)在的標(biāo)準(zhǔn)宇宙模型其實并不叫做大爆炸模型。實際上，它有個新名字叫做Λ-DCM模型，這里的Λ指的就是宇宙學(xué)常數(shù)，與暗能量有關(guān)，DCM指的就是暗物質(zhì)。