大爆炸理論是怎麼發現的？但也存在穩態，直到現在爭議仍然不斷

大爆炸理論是宇宙起源的主導理論。從本質上講，這個理論認為宇宙起源於一個初始點或奇點，它在幾十億年的時間裡擴展形成了我們現在所知道的宇宙。

早期宇宙膨脹發現

1922年，一位名叫亞歷山大·弗裡德曼的俄羅斯宇宙學家和數學家發現，阿爾伯特·愛因斯坦的廣義相對論場方程的解導致了一個膨脹的宇宙。作為一個靜態的、永恆的宇宙的信徒，愛因斯坦在他的方程式中加入了一個宇宙學常數，「修正」了這個「錯誤」，從而消除了膨脹。他後來稱這是他一生中最大的錯誤。

事實上，已經有觀測證據支持宇宙膨脹。1912年，美國天文學家Vesto Slipher觀測到一個當時被認為是「螺旋星雲」的螺旋星系，因為天文學家還不知道銀河系之外還有星系，並記錄了它的紅移，即光源向光譜的紅端偏移的偏移。他觀察到所有這樣的星雲都在遠離地球。這些結果在當時是相當有爭議的，它們的全部含義沒有被考慮。

1924年，天文學家埃德溫·哈勃能夠測量到這些「星雲」的距離，並發現它們非常遙遠，實際上它們不是銀河系的一部分。他發現銀河系只是眾多星系中的一個，而這些「星雲」實際上是星系本身。

大爆炸的誕生

1927年，羅馬天主教牧師和物理學家喬治·萊邁特獨立計算了弗裡德曼解，並再次提出宇宙必須膨脹。這一理論得到了哈勃的支持，1929年，他發現星系的距離和星系光的紅移量之間存在關聯。遙遠的星系正以更快的速度離開，這正是勒邁特的解所預言的。

1931年，勒邁特更進一步地進行了預測，在時間上向後推斷發現，過去宇宙中的物質將在有限的時間內達到無限的密度和溫度。這意味著宇宙一定起源於一個難以置信的小而緻密的物質點，叫做「原始原子」

Lemaitre是一位羅馬天主教牧師，這一事實引起了一些人的關注，因為他提出了一個理論，向宇宙呈現了一個確定的「創造」時刻。在20世紀二三十年代，像愛因斯坦這樣的大多數物理學家傾向於相信宇宙一直存在。從本質上講，大爆炸理論被許多人視為過於虔誠。

宇宙大爆炸，就不存在穩態了嗎？

雖然有好幾種理論曾經被提出過，但實際上只有弗雷德·霍伊爾的穩態理論才為萊邁特的理論提供了真正的競爭對手。具有諷刺意味的是，正是霍伊爾在20世紀50年代的一次廣播節目中創造了「大爆炸」一詞，並打算以此作為勒邁特理論的嘲諷性術語。

穩態理論預言，新物質的產生使得宇宙的密度和溫度隨著時間的推移保持不變，即使宇宙在膨脹。霍伊爾還預測，在恆星核合成過程中，氫和氦形成了密度更大的元素，這一點與穩態理論不同，已經被證明是準確的。

喬治·加莫是弗裡德曼的學生之一，他是大爆炸理論的主要倡導者。他與同事拉爾夫·阿爾弗和羅伯特·赫爾曼一起預測了宇宙微波背景輻射（CMB），這種輻射應該作為大爆炸的殘餘存在於整個宇宙中。當原子在複合時代開始形成時，它們允許微波輻射（光的一種形式）在宇宙中傳播，伽莫預言這種微波輻射今天仍然可以觀測到。

爭論一直持續到1965年，當時阿諾·彭齊亞斯和羅伯特·伍德羅·威爾遜在貝爾電話實驗室工作時偶然發現了CMB。他們的Dicke輻射計用於射電天文學和衛星通信，測得的溫度為3.5 K（與Alpher和Herman預測的5 K溫度非常接近）。

在20世紀60年代末和70年代初，一些穩態物理學的支持者試圖解釋這一發現，同時仍在否認大爆炸理論，但到了10年底，很明顯，CMB輻射沒有其他合理的解釋。彭齊亞斯和威爾遜因這一發現而獲得1978年諾貝爾物理學獎。

然而，人們對大爆炸理論仍有一些擔憂。其中之一就是同質性問題。

科學家們問：為什麼宇宙在能量方面看起來一模一樣，而不管朝哪個方向看？大爆炸理論並沒有給予早期宇宙達到熱平衡的時間，因此整個宇宙的能量應該存在差異。

1980年，美國物理學家阿蘭·古思正式提出通貨膨脹理論來解決這一問題和其他問題。這一理論認為，在大爆炸之後的早期，新生宇宙在「負壓真空能」（可能在某種程度上與當前的暗能量理論有關）的驅動下迅速膨脹。另一方面，通脹理論，概念相似，但細節略有不同，在此後的幾年裡也有人提出。

美國宇航局於2001年開始的威爾金森微波各向異性探測器（WMAP）計劃提供了有力的證據來支持早期宇宙的膨脹期。這一證據在2006年公布的三年數據中尤為明顯，儘管仍有一些與理論不符的地方。2006年諾貝爾物理學獎頒給了約翰·C·馬瑟和喬治·斯穆特，他們是WMAP項目的兩位重要工作人員。

然而，現在仍然存在爭議

雖然大爆炸理論被絕大多數物理學家所接受，但仍存在一些小問題。然而，最重要的是該理論甚至無法回答的問題：

• 大爆炸之前存在什麼？
• 什麼引起了大爆炸？
• 我們的宇宙是唯一的嗎？

這些問題的答案可能遠遠超出了物理學的範疇，但它們還是很吸引人的，像多元宇宙假說這樣的答案為科學家和非科學家提供了一個有趣的推測領域。

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