宇宙大爆炸——宇宙大爆炸是否產生了宇宙的所有物質

2020-08-27 平凡人生的星火

1923年哈勃通過對星雲距離的測量最終確認了河外星系的存在，後來又發現了普遍的星系紅移，推測宇宙在膨脹，自然宇宙的過去比現在小，最小為零，這樣宇宙大爆炸理論就漸漸地形成了。可是有一個問題一直存在:宇宙大爆炸產生的物質是宇宙的全部還是部分?可以發現當年宇宙學家們毫不猶豫地選擇了前者，但現有的證據無法證明:宇宙大爆炸一定產生了宇宙的全部物質，這僅僅只是個假設。

「宇宙大爆炸理論」發展歷史的一條時間鏈為:1905年愛因斯坦發表了第一篇關於相對論的論文「論動體的電動力學」；1916年愛因斯坦發表了廣義相對論的成熟理論「廣義相對論基礎」；1917年愛因斯坦發表了第一篇關於宇宙學的論文「廣義相對論中的宇宙學考察」；1927年勒梅特發表了關於「原初原子」宇宙模型的論文；1929年哈勃證實了星系紅移現象；1948年Gamow發表了關於「熱大爆炸宇宙理論」的αβγ論文；1965年彭齊亞斯和威爾遜發現了宇宙背景輻射；1984年Yang等人嘗試實測氦豐度，證明了理論和實驗吻合；1989年美國發射COBE探測衛星，證明了在2.7K黑體輻射的全波段上，宇宙背景輻射理論和實驗符合；2006年約翰·馬瑟和喬治·斯穆特因分析COBE衛星數據，獲得諾貝爾物理學獎，整100年，使「宇宙大爆炸理論」成為人類的主流宇宙觀。

為什麼幾乎所有的宇宙學家都假設:「宇宙大爆炸產生了全部的宇宙物質」。然而「宇宙大爆炸理論」發展到今天，我們有必要認真地重新審視這個先驗假設的合理性。擺在面前的有兩個可能的選擇:(1)宇宙大爆炸產生了宇宙的全部物質；(2)宇宙大爆炸產生了宇宙的部分物質。只可能有一個是正確的，那麼有沒有證據可以說明哪個正確?除了我們有「思維慣性」外，我們沒有任何證據可以幫助我們作出選擇。

儘管沒有證據可以證明兩種假設哪個更正確，但有一個分析方法可用，那就是「類比」太陽系行星模型類比原子結構模型，盧瑟福曾用太陽系行星模型類比原子結構模型，獲得了成功。我們知道宇宙中有超新星爆炸，可以進行這樣的思想實驗:假設我們是某巨大超新星爆炸的一部分，我們知道了我們來之於一次大爆炸，但我們的探測能力還不能遠至超新星爆炸物之外，那麼是否可以認為產生我們的超新星大爆炸產生了宇宙的所有物質呢?顯然不能，所以雖然現在的望遠鏡能力有限，但我們並不能斷定，宇宙大爆炸產生了宇宙的全部物質。對宇宙模型，使用不完全歸納推理如下:(1)託勒密時代，人類將地球看成是宇宙的中心，是獨一無二的，結果發現地球只不過是一顆繞太陽運行的普通行星；(2)哥白尼時代，人類相信太陽是宇宙的中心，太陽是獨一無二的，結果發現太陽只不過是銀河系中無數恆星中的普通一員；(3)二十世紀初人類又認為銀河系是宇宙的全部，是獨一無二的，結果發現銀河系只不過是總星系中一顆普通的星系。有一個規律:「宇宙總比人們想像的大」，很自然地推理:「宇宙大爆炸產生的總星系是宇宙的全部」是否正確？

如果宇宙不是一成不變的，有演化過程，就要討論如何演化的問題？局爆是指宇宙中的局部宇宙物質的爆炸，宇宙演化與局爆相關。有三個層次的局爆可以討論:(1)恆星局爆；(2)星系局爆；(3)總星系局爆。第一層次的恆星局爆已是觀測事實，第二層次的星系局爆可能性不大，因為如果星系來源於局爆，那麼應該看到組成星系的恆星的飛散，目前的觀測事實是:星系有各種形狀，主要的形狀是漩渦型，漩渦型顯然不能用爆炸說解釋，所以總星系中的星系不是由局爆演化而來的。第三層次，大爆炸宇宙學及相關的觀測事實已證明，我們目前的可觀測宇宙(總星系)來源於一次大爆炸．但大爆炸宇宙學認為:大爆炸炸出了宇宙中的所有物質，而總星系局爆理論認為:大爆炸只是無數總星系局爆中的普通一次。

總星系局爆理論和宇宙大爆炸理論在本宇宙的演化描述上是相同的，不同點是:局爆理論認為我們的總星系不是宇宙中獨一無二的，之所以目前我們認為是獨一無二的，是因為我們的觀測能力的有限，如果將來人類的觀測能力增強了，一定會看到外宇宙(外總星系)。如何從望遠鏡中發現外宇宙，有文獻中介紹了一種方法，其要點是:大爆炸後約50～100萬年左右，光可以在本宇宙中自由穿行，本宇宙開始變得透明，如果正好在這個時候有外宇宙的光進入本宇宙，就可以在本宇宙中穿行，直到被我們的望遠鏡看見。但看見了外宇宙的光，並不能馬上判斷它一定是外宇宙，因為我們並不知道它們來自外宇宙，它們和本宇宙中的光沒有區別，所以必須要有識別它們的方法。一種方法是判斷我們所觀測到的天體是否參與宇宙大爆炸？有一個觀測窗口，即在大爆炸後的最初幾億年，恆星和星系還未徹底形成，而外宇宙是不變的天體，所以如果我們能在大爆炸後最初的幾億年中觀測到不參與大爆炸後星系演化的天體，那麼這個天體就可能是外宇宙。最有可能的候選天體是:某些類星體(QUASAR)和藍星體(BSO)。

歷史的經驗告訴我們，宇宙總比人們想像的大，「宇宙大爆炸產生了宇宙所有物質」的假設是人類「思維慣性」的結果，並不能用既有事實給予嚴格的證明，所以外宇宙的存在是有可能的。霍金、加來道雄等提出的多宇宙模型可能是正確的，如果二十一世紀可以觀測到外宇宙，那將會深刻影響物理學和宇宙學甚至整個人類。

既要仰望星空，也要腳踏實地，你又有多久沒有抬頭仰望頭頂的星空了呢？

相關焦點

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    兩千多年前正是中國的先秦時期，有個山東人尸子（雜家的代表人物）是這樣描述宇宙（Universe）的：「四方上下曰「宇」，古往今來曰「宙」，就是說「宇」是指空間，「宙」是指時間，宇宙也就是空間、時間及所有物質的統一體。當時在中國有「天圓地方」之說，人們都認為宇宙是圓的（像個半圓的大鍋蓋），整個大地總體是平坦的，走到盡頭可能會掉進宇宙深淵。
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  • 宇宙是怎樣產生的？只是因為宇宙大爆炸嗎？
    宇宙是各種天體和物質的統稱，它廣袤無際無法測量，它不是一位靜止的老人，而是處在不斷的運動中。善於求知的人們會產生疑問了，我們知道人類是由母體受精後產生的，植物是由植株培育產生的，那宇宙是如何來的呢？後來經過科學家們不斷的研究和探索，目前關於宇宙起源的主流觀點認為：宇宙是在137億年前由於大爆炸而產生的。
  • 構成宇宙大爆炸的物質從何而來?
    然而，「膨脹宇宙」等模型產生了許多不同的觀點。這個模型假設，就在大爆炸之前，宇宙中充滿了一種不穩定的能量形式，而我們對它的性質一無所知。在某一時刻，這種能量被轉化為基本粒子，我們今天所觀察到的所有物質都是從這些基本粒子中產生的。這個點就是我們所說的大爆炸或奇點。這個模型的結果是，我們看到，如果一個很小的空間包含這種形式的能量，這個空間就會迅速膨脹，產生同樣的能量。
  • 大爆炸理論的奇點產生了宇宙所有的物質,它究竟是怎樣的存在?
    大爆炸的起始點「奇點」的由來也是有著一定歷史的，首先是大爆炸宇宙論的提出，後來由霍金與彭羅斯兩人的貢獻，基於廣義相對論提出了宇宙必然來自於「奇點」。奇點是個什麼東西呢？我們知道宇宙是膨脹著的，現在仍然處於加速膨脹的階段，而在早期，宇宙暴漲的過程中，宇宙的大小呈指數級暴漲，這就說明宇宙來自於一個體積很小、能量極高、密度極大的「奇點」，很好理解，由於奇點很小，能量密度高到了現代物理學都無法解釋的地步，因此才暴漲的如此迅猛。
  • 暗能量布局了宇宙的形成?宇宙大爆炸是否被它操縱?
    宇宙的誕生到底源自哪裡？到目前為止，最被人們廣泛接受的理論是宇宙大爆炸理論，但是宇宙大爆炸到底是怎麼產生的？或者說到底是宇宙中的哪個環節導致了宇宙大爆炸？根據近日的一項研究，科學家推測暗能量可能導致宇宙大爆炸的罪魁禍首，暗能量可能布局了宇宙的形成？那麼暗能量是如何塑造我們的宇宙的?首先我們需要了解暗能量。
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    隨著科學的發展，人類對宇宙有了更加深入的了解後，卻發現自己仍然難以探索一些問題的真相，例如宇宙的誕生，在138億年前，真的發生了一場巨大的爆炸嗎？在這場爆炸之前，宇宙是否存在？畢竟宇宙的誕生距離現在已經過了太長時間，我們只能通過宇宙大爆炸後產生的一束光留下的微波去判斷和研究，那麼宇宙中的物質，真的是在大爆炸中「無中生有」嗎？
  • 宇宙大爆炸是什麼?宇宙大爆炸是怎麼發現的?
    然而這些擠成一團的物質怎麼會演變成為許多的碎片呢？ 最合理的解釋就是宇宙曾經發生過大爆炸，1948年的4月加莫夫與天體物理學家阿爾弗貝特共同撰寫了一篇關於宇宙起源的文章，文章說，在2000億年前，我們的宇宙的空間極其的微小，其中所有的物質都緊緊地擠在宇宙蛋或者是原始火球內，其溫度高達10^12次方攝氏度。
  • 宇宙大爆炸亂說
    現代科學界基本認同這個世界起源於一次大爆炸，大爆炸使得這個宇宙迅速膨脹，並在極快的時間內形成了物質，同時也形成了時空。這個理論無疑是人類裡面最優秀的大腦創建出來的，不容我們懷疑，可是優秀的大腦也不能講明白，到底是什麼力量讓這個大爆炸產生。
  • 探索發現：宇宙大爆炸說，那麼宇宙大爆炸的原點在哪
    宇宙大爆炸本身就是一個理論，所以要尋找宇宙大爆炸的原點，可以說是在理論中進行推論。宇宙大爆炸的理論上說，宇宙誕生之前，沒有時間，沒有空間，也沒有物質和能量。大約150億年前,在這片四大皆空的「無」中,一個體積無限小的點爆炸了。
  • 宇宙大爆炸
    宇宙是怎樣產生的呢？中國古代的傳說，是盤古大神開天闢地，才有了宇宙。西方傳說是上帝創造了一切。1946年，美國的加莫夫提出了「大爆炸」理論。宇宙誕生於一片虛無之中，沒有空間，沒有時間，也沒有能量，沒有物質。大約在100億年前，一個質量和密度無限大，而體積無限小的點爆炸了。它炸出了具有時間，空間和物質的宇宙。星系，太陽，地球，水，空氣和生命等就伴隨著這個不斷膨脹的時空逐漸形成。
  • 我們從哪裡來 - 宇宙大爆炸、恆星的產生
    照片來自網絡       宇宙大爆炸後就快速的膨脹，變的越來越大，同時也溫度也慢慢的降下來，於是組成物質的質子、中子、電子等就產生了，接著就產生了最簡單的物質氫和氦，而這其中生成的大部分物質就是氫。       由於產生的氫和氦很多很多，這些氫和氦組成了一片片很大很大的星雲。
  • 揭秘:宇宙大爆炸是怎樣產生的(組圖)
    從此之後，大爆炸理論成為眾多科學家爭論的焦點。宇宙大爆炸僅僅是一種學說，是根據天文觀測研究後得到的一種設想。下面就和趣聞解密小編去了解一下宇宙大爆炸之謎吧。大約在150億年前，宇宙所有的物質都高度密集在一點，有著極高的溫度，因而發生了巨大的爆炸。大爆炸以後，物質開始向外大膨脹，就形成了今天我們看到的宇宙。
  • 宇宙大爆炸——宇宙的前世今生
    宇宙的演化的不同時期關於宇宙的起源和演化主要有兩種理論模型：大爆炸宇宙模型和穩恆態宇宙模型。穩恆態宇宙模型該模型特意地迴避了宇宙大爆炸，認為宇宙是無限的，沒有開端，也沒有終結，總是保持同樣的狀態。但是我們在觀測中發現，宇宙是在不斷膨脹的，這就和穩恆態宇宙模型產生衝突了。還有關於新物質的產生，穩恆態宇宙模型認為是從虛無中產生，不是按照愛因斯理的物質和能量轉換的關系所產生的。還有這個模型和我們日常的觀測事實也不符合，例如宇宙背景輻射，各種射電源的強弱、遠近等。
  • 最近，物理學家重現了宇宙大爆炸的核反應，證實了宇宙大爆炸模型
    氘的產生是大爆炸核聚變的第一步，當宇宙還是由質子和中子組成的超級熱但快速冷卻的「湯」時，發生了一系列核反應。這些計算在20世紀70年代首次提供了暗物質存在的一些證據。大爆炸核聚變也使物理學家能夠預測不同類型的中微子的數量，這有助於推動宇宙膨脹。
  • 宇宙大爆炸理論中的宇宙奇點,它怎麼可能裝得下所有物質?
    其中宇宙大爆炸理論的起點，也就是供宇宙得以爆炸的是東西是一個無限小的奇點。宇宙大爆炸理論認為宇宙是由一個質量無限大，體積無限小的奇點爆炸而來，但是這個奇點存在太多令人不解的地方，也可以說存在很多不合理的地方。人類的一切都遵循合理性，一切東西都必須合理才能存在，但是宇宙是奇點爆炸產生的這個說法就存在眾多不合理性。