宇宙大爆炸真的發(fā)生過嗎？我們的世界是被“誰”設(shè)計(jì)的？

今天，只討論一個(gè)話題：宇宙大爆炸理論真的發(fā)生過嗎？我們應(yīng)不應(yīng)該相信宇宙大爆炸理論？

或者說，是誰設(shè)計(jì)了宇宙？

一、廣義相對(duì)論，開的不僅是一個(gè)腦洞

上個(gè)世紀(jì)初，愛因斯坦提出了廣義相對(duì)論，認(rèn)為牛頓的萬有引力，實(shí)際上是物體彎曲了時(shí)空。

他作了一個(gè)很有趣的比喻，時(shí)空就像一張蹦床，如果放一個(gè)比較重的球，“蹦床”表面就會(huì)凹陷；如果重球旁邊有小球，都會(huì)向這個(gè)凹陷滾動(dòng)。

由這個(gè)理論，愛因斯坦推斷，太陽(yáng)質(zhì)量這么大，其他恒星發(fā)出的光，落進(jìn)太陽(yáng)形成的時(shí)空凹陷里，一定會(huì)彎曲。

后來，這個(gè)推斷被英國(guó)科學(xué)家愛丁頓證實(shí)，他不僅觀測(cè)到了太陽(yáng)背后的恒星，而且計(jì)算出的光線偏轉(zhuǎn)角度，與愛因斯坦廣義相對(duì)論預(yù)測(cè)的幾乎一模一樣。

一個(gè)預(yù)測(cè)能夠用數(shù)學(xué)表達(dá)，并被觀測(cè)證實(shí)，這才叫科學(xué)。

那廣義相對(duì)論怎么跟宇宙大爆炸聯(lián)系起來了呢？

廣義相對(duì)論被證實(shí)了科學(xué)性之后，愛因斯坦又用這個(gè)理論計(jì)算宇宙運(yùn)行的方式，不算不知道，一算嚇一跳。

結(jié)果顯示，宇宙很不穩(wěn)定，每個(gè)天體都被拉向其他更大質(zhì)量的天體，直到全部墜入同一個(gè)坑內(nèi)。

宇宙要……自我毀滅？

當(dāng)時(shí)，認(rèn)為宇宙靜態(tài)、穩(wěn)定的觀點(diǎn)占主流，愛因斯坦不太相信這個(gè)計(jì)算，還發(fā)明了一個(gè)宇宙常數(shù)，這樣宇宙就穩(wěn)定了。

然而，他之前的計(jì)算是對(duì)的，宇宙確實(shí)不是靜態(tài)的。

對(duì)抗天體間引力的，就是宇宙的膨脹。

比利時(shí)科學(xué)家勒邁特提出，假如宇宙真的在膨脹，那么今天的宇宙一定比昨天的大，昨天一定比前天大；反過來向前推，那就是越來越小，最后得到一個(gè)很小的、致密的點(diǎn)，也稱為“宇宙蛋”。

這就是大爆炸理論的起點(diǎn)。

二、觀測(cè)宇宙膨脹的明亮“燈塔”

我們說過，不能通過觀測(cè)、實(shí)證檢驗(yàn)的理論，不算科學(xué)。

后來，果然有人觀測(cè)到了宇宙的膨脹。

這個(gè)人叫哈勃。

這位天文學(xué)家提出了著名的哈勃定律，這個(gè)定律簡(jiǎn)單說就是，宇宙中的天體，離地球越遠(yuǎn)，離開地球就越快。這個(gè)速度，就是著名的“退行速度”。

而哈勃定律，經(jīng)常被用來推算遙遠(yuǎn)星系的距離。

比如，以前很多人認(rèn)為仙女座在銀河系里面，后來通過哈勃定律測(cè)算，仙女座到地球的距離大于銀河系的直徑，由此得出結(jié)論，仙女座處于另一個(gè)星系。

人們觀察宇宙的視野，被大大拓寬了。

那么，宇宙尺度這么宏大遙遠(yuǎn)，科學(xué)家是如何測(cè)量的呢？

這就需要一個(gè)標(biāo)記物，一個(gè)在暗夜里還發(fā)出強(qiáng)烈光芒的“燈塔”——造父變星。

這種星體不穩(wěn)定，亮度呈周期性的變化，科學(xué)家找到了它閃爍周期的規(guī)律，通過這個(gè)規(guī)律，就能計(jì)算出這個(gè)星系距離地球的距離。

三、火車出站的汽笛聲，竟然與宇宙有關(guān)系？

當(dāng)一列火車出站時(shí)，開始的汽笛聲總是比較尖利，遠(yuǎn)去時(shí)總是比較低沉。

你沒有聽錯(cuò)，初中物理就講過，叫做“多普勒”效應(yīng)。

當(dāng)火車向你開過來時(shí)，聲波波長(zhǎng)縮短了，并且速度越快，波長(zhǎng)就越短，頻率就越高；反過來，當(dāng)火車離開你運(yùn)動(dòng)時(shí)，聲波波長(zhǎng)變長(zhǎng)了，頻率也變低了。

光同樣如此。科學(xué)家們?nèi)绻軝z測(cè)遙遠(yuǎn)星系的光譜，計(jì)算一下光波的波長(zhǎng)，就能知道它們的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和速度了。

正是靠了這種辦法，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了紅移現(xiàn)象。

因?yàn)榧t色是可見光中波長(zhǎng)最長(zhǎng)的一邊，星系光譜向紅色光方向偏移，說明這些星系都在遠(yuǎn)離地球，宇宙確實(shí)是越來越大，正是這種膨脹在對(duì)抗引力。

進(jìn)而，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)了星系與地球的距離、離開地球的速度之間的關(guān)系，那就是距離越遠(yuǎn)，速度越快。

在最遙遠(yuǎn)的地方，退行速度甚至可以超越光速。

就像一個(gè)被逐漸吹大的氣球，球面上每個(gè)點(diǎn)都在互相遠(yuǎn)離對(duì)方。

于是，你還可以想象這樣的情景，假如時(shí)間突然倒流，宇宙就會(huì)用同樣的速度收縮，各個(gè)星系以飛快的速度聚攏。

因?yàn)檫h(yuǎn)的快，近的慢，天體會(huì)在同一時(shí)間回到原點(diǎn)，也就是奇點(diǎn)。

四、宇宙大爆炸理論遇到的挑戰(zhàn)

宇宙大爆炸理論雖然有數(shù)學(xué)建構(gòu)，有觀測(cè)支撐，但也不是那么完美。開始的時(shí)候，是有兩個(gè)很大缺陷的。

一個(gè)是“時(shí)標(biāo)困難”。哈勃根據(jù)自己找到的規(guī)律，推算出算宇宙年齡大約18億歲，而地質(zhì)科學(xué)家檢測(cè)發(fā)現(xiàn)地球的年齡超過了30億歲。

這怎么可能？

后來，德國(guó)天文學(xué)家巴德用大幅提升精度的望遠(yuǎn)鏡，發(fā)現(xiàn)造父變星其實(shí)有兩類，一類熱而明亮，一類比較暗淡，哈勃沒有推測(cè)準(zhǔn)確，是因?yàn)闆]有區(qū)分這兩類。

重新校準(zhǔn)后，星系離地球的距離提高了一倍，宇宙的年齡也大了一倍。

后續(xù)科學(xué)家們不斷校準(zhǔn)，確定宇宙的年齡應(yīng)該在100億歲到200億歲之間。

雖然誤差如此巨大，但也算解決了大爆炸理論的這個(gè)缺陷。

另一個(gè)缺陷是“原子豐度”。

請(qǐng)?jiān)彛以诳吹臅r(shí)候，腦袋也是懵的，這詞兒整的太硬了。

實(shí)際上，原子豐度就是宇宙中各種原子豐富的程度。

比如，地心是由鐵原子組成，地球大氣主要是氮原子和氧原子，太陽(yáng)則是氫原子和氦原子。

如果宇宙大爆炸產(chǎn)生了時(shí)空，那么，各種原子的數(shù)量應(yīng)該比較均衡才對(duì)。

但事實(shí)恰好相反。

氫和氦兩種原子占了宇宙中所有原子的99.9%。

這也太不公平了吧？

有了疑問，就會(huì)有科學(xué)家解答。

這次是美國(guó)核物理學(xué)家喬治?伽莫夫。

他提出，宇宙成立之初是一鍋“氫原子湯”，其他原子都是由氫原子通過核反應(yīng)產(chǎn)生的。

這事說起來簡(jiǎn)單，做起來不容易。

他的理論，同樣用數(shù)學(xué)作為工具，測(cè)量得到了宇宙從大爆炸到今天任何時(shí)刻的溫度和密度。

五、又一個(gè)重要證據(jù)

這個(gè)證據(jù)赫赫有名，在劉慈欣《三體》中也出現(xiàn)過：宇宙微波背景輻射。

宇宙大爆炸之初，到處是光。30萬年后，宇宙溫度下降，一部分光便穿越宇宙向外輻射。

科學(xué)家認(rèn)為，這些光波輻射，即使100多億年后也不會(huì)完全消失，這就是“宇宙微波背景輻射”，宇宙大爆炸理論最重要的證據(jù)。

但是，這種輻射非常之微弱，僅相當(dāng)于零下260多攝氏度的天體散發(fā)的熱量。

按說，找到這個(gè)輻射難度太大了，但在機(jī)緣巧合之下，居然讓科學(xué)家碰到了。

貝爾實(shí)驗(yàn)室有一臺(tái)非常精密的射電天線，主要是接受衛(wèi)星發(fā)回的信號(hào)。科學(xué)家們?cè)跈z查天線性能時(shí)，發(fā)現(xiàn)無論哪個(gè)方向，都能收到一種微波噪音。

他們用盡辦法排除干擾，包括重新檢查、布線，清潔天線等等，就是無法消除這個(gè)噪音，于是便得出一個(gè)結(jié)論：這個(gè)噪音如同背景音，是天然存在的。

很快，宇宙研究宇宙天文的科學(xué)家給出了解釋：這個(gè)消除不了的微波噪音，就是科學(xué)家們苦苦尋找的宇宙背景微波輻射！

六、霍金提出了宇宙大爆炸之外的另一個(gè)模型

霍金是贊同宇宙大爆炸理論的，而且與數(shù)學(xué)家羅杰?彭羅斯，一起提出了“彭羅斯-霍金奇點(diǎn)定理”。

他們用嚴(yán)謹(jǐn)數(shù)學(xué)方法證明了，如果廣義相對(duì)論是正確的，而且宇宙中確切有我們觀測(cè)到的那么多恒星、星系等物質(zhì)，那么宇宙在很久以前，一定是誕生于一個(gè)奇點(diǎn)。

但是，霍金又引入量子理論，提出了一個(gè)截然不同的無邊界宇宙模型。

大家都知道，物理學(xué)最核心的兩大基礎(chǔ)理論，一個(gè)是管宏觀的相對(duì)論，另一個(gè)是管微觀的量子力學(xué)。

但讓人奇怪的是，兩個(gè)理論井水不犯河水，用相對(duì)論研究粒子，用量子理論研究天體，都是不可能的。

而霍金，卻認(rèn)為研究奇點(diǎn)的時(shí)候，必須把相對(duì)論和量子力學(xué)結(jié)合起來。

根據(jù)廣義相對(duì)論，宇宙只有兩種可能，要么存在無限長(zhǎng)的時(shí)間，要么就以奇點(diǎn)為開端。但如果把量子力學(xué)引進(jìn)來之后，就會(huì)出現(xiàn)一種新的可能：一個(gè)“有限無界”的宇宙。

什么意思呢，就是時(shí)空有限，但是沒有邊界。

就像地球，體積是恒定的，但我們無論向哪里走，都還是在地球上。

無邊界宇宙模型里的宇宙，是一個(gè)時(shí)空交織的四維宇宙。

在這個(gè)宇宙中，時(shí)空就像是地球的表面，在范圍上是有限的，但卻沒有形成邊界，也沒有形成奇點(diǎn)。

這個(gè)宇宙是完全自給自足的，不受任何外在事物影響，也沒有創(chuàng)生和消失的時(shí)刻，它就是存在本身。

當(dāng)然，這只是一個(gè)設(shè)想，目前主流的宇宙模型，仍然是大宇宙爆炸模型。

七、幾點(diǎn)啟示

1，只要不是科學(xué)家，我們普通人看待物理理論，相對(duì)論也好，奇點(diǎn)也好，實(shí)際上都是感性的，是從哲學(xué)角度來理解的；

2，真正的科學(xué)理論，一定能夠用數(shù)學(xué)語言來表達(dá)，并且勇于接受檢驗(yàn)；

3，科學(xué)從不認(rèn)為自己窮盡了真理，也不認(rèn)為可以解釋一切，只是對(duì)事物的認(rèn)知邁進(jìn)了一步；

4，我們崇尚科學(xué)，不是對(duì)每一個(gè)既定公式頂禮膜拜，而是既謙遜又敢于懷疑，始終仰望星空，不停探索。

所以，還是認(rèn)為我們生活在一個(gè)真實(shí)世界更好一些！