科學解釋宇宙的起源:大爆炸理論

2020-12-06 Mandy記錄人類歷史

儘管大爆炸理論是最被廣泛接受的宇宙起源科學理論,但是這個理論也還是存在很多問題。探求宇宙本質的理論真的是異常艱辛。因為它是一門純理論的科學,不能通過實驗獲得實驗數據,不可能在受控的條件下對整個宇宙展開反覆實驗。你只能觀測,觀測的對象的時間和空間還是那麼的遙遠,我們只能間接的研究,然後嘗試的去推論。所以其中不可避免的會有很多的猜測。告訴你個小秘密,所有的科學都只不過是理論的集合,事實上它只是某個時間的最佳理論,未來可能被改寫或是替代。

從哲學家擺脫掉造物主,把自然的力量引進來。哲學家的各種觀點、各種猜想在幾百年間經過幾百次的的辯論、觀測中不斷的進步。本特利悖論被牛頓的均勻分布的觀點破解。奧伯斯用大量塵埃的理論解釋奇怪的黑夜問題。這個稱為奧伯斯佯謬被愛倫·坡的散文詩破解了以後的好長一段時間,仍然讓很多人感到困惑。大家的好奇心也越來越重,就像是說了一個「謊言」,還需要很多的解釋來圓這個謊言。終於有了一個大家都覺得還合理的公認的解釋了——大爆炸理論。

這個理論是宇宙學家兼牧師喬治·勒梅特最早提出,當時他受宇宙膨脹想法的影響。如果膨脹宇宙據有有限時間和空間,那麼將膨脹倒序回放,宇宙的全部質量和能量最初就是濃縮在一個小的多也熱得多的體積中,勒梅特稱之為「宇宙蛋」。這個宇宙蛋在137億年前發生了一次大爆炸,爆炸的每一秒都是一個美妙的世界啊。宇宙大爆炸理論就是講述了宇宙如何從一個很小的點(被科學家們稱為:奇點)變成了今天巨大的尺寸。它爆炸的那刻起就掌控著物質的性質及宇宙的結構。它的每一次的膨脹和冷卻,都凝結出了各種形態的物質、能量乃至自然作用力。下面我介紹一下大爆炸的過程(因為我不是宇宙學專業,也只是在書上看到總結一下,如果有錯,請大家指出來奧,謝謝!)。

在爆炸開始第一個瞬間到10-43(就是1與前面小數點之間隔著42個0),這段時期被稱為普朗克時期。此時期所有的作用力都是一樣的(宇宙中有四種作用力:引力、電磁力、強力和弱力)。談事被牢牢束縛的小小宇宙並不穩定,而大爆炸就這樣開始了。

接下來的10-35秒真的可以算是爆炸期,及其短的時間發生了極速膨脹,體積增加了許多個數量級。膨脹是由能量的釋放所驅動,這能量只有一種方式,儲存在單一的作用力場中。

爆炸期之後,釋放的能量擴散,密度降低到了一個恰當的程度,從中凝結出了物質。能量可以轉化為物質,E=mc2,其中E就是能量,m是轉化的物質質量,c則代表光速。最早的物質是以夸克湯的形態存在。夸克湯這是構成質子和中字的基礎材料,質子和中字又一起構成了原子核。還有為數眾多的純能量以光子的形態存在,同時還有稱作輕子的物質微粒。輕子包括電子和中微子,電子是一種帶負電的小粒子,繞原子核旋轉,在電線中形成電流的就是它。中微子則數量很少,呈電中性,此時就在飛速的穿過你的身體,而你卻不覺察。之所以叫輕子,就是因為它不能形成原子核。

講到這裡,宇宙的溫度還是太高,夸克不能彼此結合。但在接下來的10-5中,發生了很多的事。物質和反物質以幾乎相等的數量存在。物質與反物質一旦接觸就會一起湮滅,在湮滅的過程中會釋放更多的能量,但也會留下少量的常規物質,其數量略微更豐富些,留存至今。被認為是宇宙質量最主要存在形式的暗物質。這時候溫度開始適合夸克的結合產生了質子和中子了,但是還不能形成原子核。由於質子和中子一般被叫作強子,10-5秒期間的這一最後階段被稱為強子時期。

在1秒後到約100秒的期間,宇宙冷卻到了能讓中子和質子結合生成第一個原子核的溫度。但自由中子本身並不穩定,傾向於衰變成1個電子和1個質子。於是到100秒的時候,剩下的中子就不算多了。

在接下來的10萬年中,宇宙溫度仍然太高,原子核無法捕獲電子形成完整的原子。物質和光子能量的密度仍然太大,彼此卡住,光無法穿透;能量又太高,物質無法凝結。由於這個期間的宇宙整個沐浴在光子中,人們稱為輻射時期

到了約38萬年是,溫度降到了允許原子核和電子結合形成原子,這就開啟了我們基本上至今仍身處其中的物質時期。這最後的結合釋放了大量的能量,殘留下的就是暗物質的宇宙微波背景輻射。

輻射時期的光逃逸一空,以及原子結合能量井噴後,宇宙在接下來就進入了3億年的黑暗時期。原因就是宇宙溫度降得太低,而物質也稀釋的太厲害了,再也沒有什麼東西可以發光了。

在黑暗時期的末期,氫氦混合氣體中輕微的密度漲落導致了指向高密度區域的引力,這個區域更夠吸引更多的物質。更多的物質又進一步使密度漲落更大,又吸引了更多物質,如此反覆,就形成了第一批巨型星雲形式的引力束縛結構。在這些氣態的星雲中,那些最大的第一代恆星誕生了。

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    這個問題在於,我們創造的理論不是某個信仰體系,而是它們解釋了我們在數據中發現的數學「定律」的類型。這些理論也並非一蹴而就的,而是建立在已經經過實驗驗證的知識金字塔上的。所以對於科學家來說,接受牛頓的萬有引力定律並不是一個「信仰」問題,而是我們預測從30樓的窗戶走出將會發生什麼的問題。其次,聖經故事不是科學,但是大爆炸理論是科學「故事」。
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    今天,通過科學觀察和研究,我們已經知道古代人的判斷是錯誤的,但是我們必須知道古代人的個人經歷會做出錯誤的判斷,這意味著「大爆炸理論」可能不那么正確。當然,科學家可以理解普通人能想到的問題。因此,隨著科學技術的不斷進步和觀察研究宇宙手段的不斷進步,許多科學家也對宇宙的起源提出了不同的觀點和理論。其中,兩種起源理論擁有最多的人。讓我們看看。
  • 宇宙起源並非只有大爆炸,還有兩種起源理論,你認同哪個?
    到今天,我們通過科學的觀察研究,已經知道了古人的判斷是錯誤的,但是要知道古人親身經歷的事情都會判斷錯誤,那麼也就意味著「大爆炸理論」或許也並沒有那麼的正確。    普通人都能夠想明白的問題,科學家們當然也能夠明白。所以隨著科技的不斷進步、觀測和研究宇宙手段的不斷進步,有許多科學家對宇宙起源也提出了不同的看法和理論。
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    1842年,奧地利物理學家都卜勒解釋了:為何火車駛來時音調升高,駛去時音調又逐漸降低。這一現象也被稱為「都卜勒效應」。它引發了宇宙大爆炸理論的研究。為什麼會有「都卜勒效應」呢?當時,對於德西特這一理論,科學家不屑一顧,認為這是無稽之談。後來比利時天文物理學家勒梅特,根據弗裡德曼宇宙模型,把哈勃觀測到的現象,解釋為宇宙爆炸的結果,宇宙膨脹的概念才又一次被提出來。美籍俄國學者伽莫夫繼承並大大發展了勒梅特的思想。
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    加拿大科學家日前提出了有關宇宙起源的新理論,認為我們所認識的三維宇宙可能起源於一顆毀滅後變成四維空間的恆星。當前最流行的「宇宙大爆炸」理論認為,宇宙是由一個緻密熾熱的奇點於137億年前一次大爆炸後膨脹形成的。
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  • 宇宙大爆炸理論有哪些證據,在大爆炸之前宇宙又是什麼?
    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。
  • 科學界八大宇宙誕生理論各抒己見,宇宙大爆炸理論搖搖欲墜
    篇前言:有宇宙哲學家言:換一個角度思考,你會看到不一樣的世界;換一種思維思考,你會看到更多的世界;如果能從多維角度同時思考,你將會看到宇宙隱藏的所有奧秘。本篇文章將從八個不同的思維角度闡述宇宙起源,認真思索,每一個或許都比「大爆炸理論」來的實在有理據。
  • 萬物起源——宇宙大爆炸
    萬物起源,宇宙大爆炸,這個理論認為宇宙突然生成並且大小有限。直到20世紀中葉,大多數科學家還認為宇宙體積無限大,年齡無限長,直到愛因斯坦的相對論,讓我們對重力有了更好的理解。1964年,宇宙微波背景輻射這一早期宇宙的遺留意外被發現,這一發現與其他觀測證據一起使大爆炸理論成為了被接受的科學理論。自此以後,類似於哈勃望遠鏡之類的先進科技給我們提供了大爆炸和宇宙結構的優質圖像。
  • 宇宙大爆炸的命名者:這個理論完全胡說八道!
    ,宇宙大爆炸理論就是其中之一。至少表面上是相當容易理解的:我們知道宇宙正在向各個方向膨脹,一些物理學家認為,一切開始的時候一定有個起始點。所有存在的物質都被壓縮成一個微小、熾熱、密集的奇點中,然後突然間爆炸變成了宇宙,並且一直在增長。不過,出人意料的是,這個目前普遍接受的宇宙起源理論的名字來源於一個人,而此人認為這個想法完全是胡說八道。
  • 宇宙真的起源於大爆炸嗎,為什麼科學家都相信大爆炸理論?
    大爆炸理論是一個關於宇宙起源的假說理論,認為我們的宇宙大約誕生於138億年前的一次奇點大爆炸,從這一刻開始宇宙進入到了演化階段,然後一步步形成了我們現在所看到的樣貌,雖然大爆炸理論目前僅僅是一個假說理論,但卻是如今最具影響的宇宙起源學說,在我們看來很多人都無法接受宇宙是由一個無限緻密高溫的奇點爆炸而來。
  • 根本沒有宇宙大爆炸?科學家:大爆炸理論的漏洞越來越多
    對於喜歡天文物理的朋友來說,宇宙大爆炸是一個經典的概念,它向我們解釋了宇宙的本源。「宇宙大爆炸」理論認為,宇宙誕生之前空無一物,只有一個奇點。在138億年前的時候,這個奇點發生了爆炸,釋放出了大量密集的中子和電子,形成了最初的宇宙物質。