如果要問在宇宙學方面,20世紀最顛覆性的發現是什麼?
那大概率就是:宇宙大爆炸。在宇宙大爆炸被提出之前,科學家普遍秉持著一個觀念:宇宙是永恆的,在大尺度上不會隨著時間的流逝而發生變化,宇宙沒有起點,也沒有終點。
科學史上的許多大神都有類似的觀點,比如:牛頓。他的萬有引力定律引發了一個問題,如果萬物之間存在引力,那麼隨著時間的流逝,所有的天體應該在引力的作用下朝著中心靠攏,但事實上並沒有發生這樣的。為此,牛頓提出一個解決的觀點:宇宙應該是無限大的,處處都是中心,處處引力都處於平衡。
當然,牛頓是拿不出太多佐證這個看法的證據。科學史上另外一個大神愛因斯坦也提出過靜態宇宙模型,他也認為宇宙是靜態的,不會隨著時間的流逝而變化。然而無論是牛頓還是愛因斯坦,都遭到了哈勃無情的打臉,哈勃發現銀河系外的大多數的星系都在離我們遠去,而且離得越遠,遠去的速度越快,以此我們可以推斷出宇宙其實是在隨著時間膨脹的。這裡多說一句,如果是星系自身在動,那應該有些會靠近我們,有些會遠離我們,而不是都在遠離我們。
根據哈勃的發現,我們逆時間倒推,就可以得到宇宙最早應該是個很小的奇點。隨後發生大爆炸,最後有了如今的宇宙。但是這些都是猜測,最後能否成為理論還是要看證據。伽莫夫等人建立了「α-β-γ」理論,這個理論描述了宇宙大爆炸早期的演化,並預言了宇宙大爆炸時留下的「餘熱」的存在,這是遍布全天的微波背景輻射。除此之外,還預言了氦原子的豐度。
後來,科學家發現理論和實際觀測是相互匹配的,同時也發現了遍布全球的微波輻射,也就是大名鼎鼎的宇宙微波背景輻射。它們與哈勃的發展成為了證明宇宙大爆炸的關鍵證據。宇宙微波背景輻射也成為了天文學家人手必備的一份秘笈,這張圖中潛藏著宇宙演化的許多秘密。
曾經有一個美國的科研團隊在研究宇宙微波背景輻射時,就發現我們所在的銀行系正在以200萬公裡的時速朝著長蛇座的方向狂奔。那為什麼會發生這樣的事情呢?
我們都知道,在研究運動時需要先選定參考系。平時我們常常會選地面為參考系,但是如果我們選定太陽會參考系時,就會發現地球相對於太陽的運動速度是30km/s,而我們相對於地球幾乎是靜止的,也就是說,我們相對於太陽的速度是30km/s。而一切主要都是有太陽的引力來主導。
太陽也不是絕對靜止的,它也在繞著銀河系的質心做圓周運動,它的速度達到了240km/s。在銀河系當中,類似於太陽這樣的恆星有1000~4000億顆,其次銀河系中大量的暗物質。這些物質共同提供了銀河系的引力,束縛著太陽在銀河系中運動。也就是說,如果以銀河系的質心為參考系,我們正在以240km/s的速度運動。
而銀河系是在本星系群當中的,在本星系群當中還有許多星系,銀河系在30多億年後,將會在引力的作用下,與本星系群當中最大的星系仙女座星系發生碰撞,並最終合併。現在銀河系正在以110km/s速度靠近仙女座星系。因此,如果以仙女座星係為參考系,我們正在以110km/s的速度運動,而整個過程也是引力在做主導。
所以,宇宙當中其實是「質量為王」。我們所在的本星系群是在室女座超星系團之中,而室女座超星系團又在拉尼亞凱亞超星系團之中,在拉尼亞凱亞超星系團的中心,存在著一個巨大的引力源被稱為巨引源。巨引源的質量達到了3*10^16~5.4*10^16倍的太陽質量,距離銀河系達到了至少1.5億光年的距離。
由於這個巨引源的存在,使得銀河系朝著這個巨引源運動,速度達到了600km/s,也就是時速200萬公裡。那銀河系會不會像和仙女座星系一樣,有朝一日和這個巨引源發生合併呢?
實際上,這個還真的不會,雖然這個速度已經很快了,但是相對於整個宇宙尺度來說,並不是非常快。況且更關鍵的是宇宙正在膨脹,在小尺度上,宇宙是引力在主導,因此,星系會在引力作用下合併。但是在大尺度上,是宇宙膨脹在主導。因此,銀河繫到底會不會到達巨引源還得看具體的尺度大小。
這裡所謂的大尺度和小尺度是由一個界定的,這個標準大概是1億光年的距離。而銀河系距離巨引源達到了1.5億光年,也就是說,在整個尺度上是宇宙膨脹在主導。因此,巨引源應該是距離銀河系越來越遠,而不是越來越近。