福音有聲系列 | ​遊子吟 | 大爆炸理論的確立

2021-02-15 天糧坊

基於宇宙在不斷膨脹的事實，早在四十年代，旅美俄裔物理學家伽莫（George Gamow）等科學家就預測說，只有一個從近於無限高溫迅速冷卻的宇宙，才能合理解釋質子和中子的融合，以致產生今天這個含73%的氫、24%的氦和3%的重元素的宇宙；如果宇宙是由大爆炸產生的，在整個宇宙都可以測量到絕對溫度-273℃以上約五度的微光5。只是，他們的預測並未引起應有的重視。當時，一般實驗室沒有足夠精密的儀器在如此低溫下來偵測這種微波。

1964年，美國電訊公司的貝爾（Bell）研究所的兩位科學家彭茲雅（Arno Penzias）和威爾遜（Robert Wilson）用一種敏感的天線裝置測量銀河系的電波時，記錄到很多雜音。他們一直以為天線有毛病。但天線經過徹底檢查、確保無誤後，這些雜音仍然存在，而且從各個方向測量的結果完全一樣。這種雜音的強度所代表的溫度是-270℃左右。

與此同時，以狄克（R. Dicke）為首的美國普林斯頓大學的一群物理學家也在尋找太空微波。他們理論計算的結果是，如果宇宙是由大爆炸而來，其遺留的爆炸微波所代表的溫度應是-263℃左右。有趣的是，這兩個研究小組並不相通，而且他們都不知道伽莫等人在1948 年所作的計算。一個偶然的機會，他們得知了彼此的研究情況，並認為彭茲雅和威爾遜接收到的雜音正是大爆炸後餘留至今的微波幅射！當他們的研究結果在天文物理學報上發表後，引起強烈震動。其他科學家隨後所從事的觀測和計算，也完全一樣。由於這一震驚世界的發現，彭茲雅等獲得1978年諾貝爾獎。美國太空總署發布的宇宙背景探測衛星（COBE）在大氣層以上測得的數據表明，宇宙是一個完全的幅射體，與大爆炸論相符。

此外，根據大爆炸理論，宇宙中最先形成的元素是原子量小於7的元素，主要是氫和氦。氫和氦在宇宙中的比例的理論推算與現今在宇宙中測定的是吻合的。二十年來，物理學家用核子加速器研究不同核子、粒子高速碰撞的結果，用以推測宇宙形成過程中不同核子的比例，其推測結果也與今天實際觀測的比例一致。

大爆炸理論是否符合客觀實際，需要進一步被檢驗；宇宙是否有百億年的歷史，也值得商榷；該理論在細節上也存在不少問題。但因它合理地解釋了宇宙的膨脹，找到了大爆炸的直接證據；加之，按此理論推算的結論和在加速器中得到的數據，大都與在宇宙中觀測的實際情況相符。因此，大爆炸理論已成為現今被廣泛接受的理論。

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    本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。沒有造物主，宇宙大爆炸怎麼可能發生?在你提出沒有造物主，宇宙大爆炸(宇宙從最初的高溫和大密度狀態急速膨脹)是如何發生的這個問題之前，你必須先解釋「純精神」狀態的造物主是如何存在於空間和時間之外的。到底是什麼導致了大爆炸，唯一誠實的答案是：我們不知道。
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    目前，看似全面的關於宇宙起源和進化的理論被稱為暴漲理論，即大爆炸宇宙論。這個理論解釋了我們的宇宙是如何從高溫和高密度的奇點中誕生的，以及如何膨脹和冷卻的。原因是他們沒能預測或者解釋一些被廣泛認為是對任何宇宙理論的關鍵檢驗的基本觀測，甚至是對大爆炸理論的競爭對手！德西特宇宙論（1917年） - 宇宙被認為是完全沒有物質的，但是由於非零宇宙學常數的存在，宇宙隨著時間以指數方式膨脹。
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    宇宙大爆炸理論是目前解釋宇宙起源和演化的最佳理論，雖然該理論具有爭議，但還是有很多實驗數據能夠支持該理論；關於宇宙大爆炸之前的事，是該理論禁止談論的，因為那時候時間和空間都不存在。宇宙大爆炸理論在一百多年前，科學家都認為宇宙是穩態的，甚至愛因斯坦在建立廣義相對論時發現宇宙的不穩定性，還錯誤地引入「宇宙學常數」來抵消這個不穩定，從而得到了穩態的宇宙模型。
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