宇宙為何非得從「大爆炸」開始不可?科學家的解釋令人恍然大悟

2021-01-20 幻之獅

為什麼宇宙非要是由「大爆炸」而產生?難道就不能是通過其他方式而產生嗎?

浩瀚宇宙

關於這個話題,想必許多喜歡科學的朋友都曾思考過,由「宇宙大爆炸」而產生宇宙是近代科學家一直秉承的觀念。自1929年物理科學家哈伯開啟宇宙模型的論戰,到1963年,宇宙學大概只有2.5件事情是被確定的:夜空是黑的,星系之間互相遠離,以及宇宙的成分「可能」會隨著時間而有所變化……當然,這其中也包括宇宙大爆炸。已故著名物理學家霍金先生就是宇宙大爆炸的鐵桿支持者之一,但這個概念並不是他提出的。

宇宙大爆炸

最早提出大爆炸概念的,是比利時宇宙學家勒梅特,他於1927年提出宇宙膨脹模型,他將宇宙半徑設為時間函數,空間中任一點的時間,均以相同的速率流動,在1931年發表的論文中,他進一步提出了「太古原子」這一觀點。他認為宇宙是經由一個質量極大的太古原子爆炸而成的產物。不過,他提出的這一觀點在當時被認為不屬於科學領域,而更接近於神學,幾乎所有的科學家都不願意認真看待。

宇宙

在1948年提出「穩態宇宙理論」的霍伊爾博士,就極度反感「大爆炸理論」。他無法接受膨脹宇宙裡的自然定律,會隨著時間而產生變化的概念。不過穩態宇宙理論並不是說宇宙是靜態的,而是認為宇宙在膨脹的同時,也不斷在生成新的物質,因此宇宙的密度在動態中,仍然可以大致保持恆定。霍伊爾博士的觀點得到科學界的認同,直到60年代後,更高科技的天文探測系統被研發出來,愈來愈多的觀測表明宇宙仍然在變動當中,穩態宇宙理論開始站不住腳。很快「宇宙大爆炸」理論又重新被拿到桌面上,成為香餑餑。

宇宙

真正為大爆炸理論建立起模型的,是俄裔美國科學家伽莫夫教授。他認為「碳氮氧循環」雖然可以解釋恆星把氫轉成氦的過程,然而碳氮氧這些比較重的元素,卻不知來自何處,因此他以勒梅特的太古原子概念為基礎,認為比較重的元素,是由中子構成的太古原子,在爆炸時釋放出的質子與電子,在超緻密的環境下融合形成的。雖然我們如今知道碳氮氧這些重元素並非大爆炸的產物,然而伽莫夫這個錯誤的假設,卻導出了正確的結果:宇宙初始處於極為高溫的狀態,隨著宇宙膨脹,溫度逐漸下降,形成了現在的星系等天體。

燦爛奪目的宇宙

伽莫夫等人在提出熱大爆炸宇宙學模型時,也根據計算結果,預言了宇宙微波背景輻射的存在。在1965年,美國電波天文學家彭齊亞斯透過觀測證實了宇宙微波背景輻射的存在,他也因此榮獲1975年的諾貝爾物理學獎。

雖然勒梅特跟伽莫夫在這之前皆已逝世,沒有得到諾貝爾獎,然而他們率先提出大霹靂理論,為宇宙學發展奠定基礎的功績,受到後世的追認肯定。

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