愛因斯坦都不相信的宇宙膨脹,是如何成為主流假說的?

科學理論的範式

任何的科學結論都需要建立在足夠多強有力的佐證之下的。我們來舉個例子，很多人認為地心說是偽科學。但事實並非如此，按照科學的範式，地心說本質上是一個符合科學理論的要求的。

首先，地心說有非常嚴格的定義，其次地心說是建立在極其嚴格的觀測數據之上的，這些數據都是地心說的證據，最後，地心說提供了可被證偽的方式，我們只要證明宇宙中的天體不都是繞著地球轉就可以證偽它。而且地心說是一套很嚴密的邏輯和數學推演的產物，可以預測許多現象，而且在2000多年前，這個理論真的就夠用了。所以，你發現沒有？

科學理論比的不是誰更正確，因為他們都有足夠的證據作為支撐，它們實際上比的是誰更準。哥白尼剛提出日心說時，並沒有得到廣泛的認可，這是因為哥白尼的日心說和託勒密的地心說比起來，精度是差不多的，並沒有好到哪裡去。

直到後來伽利略提出了慣性定律和通過觀測證明了不是所有的天體都繞著地球轉，克卜勒提出了天體運動不是圓，而是橢圓。這時候，日心說的精度大幅度提升，遠遠超過地心說。這才使得日心說廣泛流傳起來。因此，我們發現，觀測到的現象就是那麼多，而哪個理論更好，比的是誰的誤差更小。

這個道理同樣適用於「宇宙到底是不是膨脹」這件事。

宇宙到底是什麼樣的？

實際上，從有人類文明開始，天文學就開始蓬勃地發展。人類很早就在思考宇宙到底是什麼樣子的？

但是最早的人類認為宇宙在大尺度上是永恆的。意思是就是說，宇宙從大尺度上看，是不隨著時間的變化而變化的。這樣的觀念其實怪不得古人。因為幾千年來，人類觀測到的宇宙現象幾乎很少會有變化，這才會讓他們覺得宇宙是幾乎不變的。

後來，牛頓提出了萬有引力定律，這個的觀念再度被加強。我們來試想一下，萬有引力描述的是兩個物體之間的吸引力。

如果宇宙是一個物質主導的宇宙，那問題就來了，物質之間都是引力，這勢必會在引力的作用下向中心靠攏，最後收縮成一個點。但實際上，我們觀測的結果，好像宇宙就不曾發生過收縮。這其實讓牛頓很糾結。於是，他提出宇宙應該是無限大，處處都是中心，處處引力都平衡。

牛頓的觀念一直延續到20世紀初，愛因斯坦其實也認為宇宙應該是靜態的。他在提出廣義相對論時，就發現廣義相對論中的引力場方程預示著宇宙正在發生膨脹。為了抵消這個膨脹的效應，愛因斯坦在方程中添加了一個宇宙學常數，只要進行合理的取值，宇宙就可以是靜態的。

宇宙終究還是膨脹的

但是，沒過多久，愛因斯坦就被打臉了。當時有個著名的天文學家哈勃，他在觀測銀河系外的星系時，就發現大多數的星系都在發生紅移。這個現象說明絕大多數的天體都在遠離我們。

可問題是，這個現象很詭異。要知道，如果是各個星系都自己在運動，那看到的現象應該有的在靠近我們，有的在遠離我們。而不是離我們很遠的都在遠離我們，只有離我們足夠近才會靠近我們。

後來，我們知道，這其實是因為空間在膨脹。在小尺度上，引力是主導，因此，靠近我們的星系在引力作用下，還會繼續靠近我們。而距離我們很遠的，大尺度上，就是在遠離我們。所以，宇宙的膨脹是整體性的膨脹，不是邊緣在向外擴。

因此，哈勃的觀測就是宇宙膨脹最有利的證據。但遠遠不止哈勃的證據。根據哈勃的觀測，我們可以反推出，宇宙應該誕生於一個奇點，起源於一場大爆炸。而科學家在提出宇宙大爆炸理論時，也提出了兩套證據，分別是宇宙微波背景輻射和氦元素豐度，這後來也被驗證。

到了1998年，科學家在觀測Ia型超新星時，就發現宇宙在加速膨脹。當時，這個證據也受到了挑戰，但是我們從宇宙微波背景輻射中，是可以計算出宇宙中物質的佔比的，其中提供與引力相反的斥力的暗能量佔據了絕對的主力。

正是在暗能量的作用下，宇宙發生了加速膨脹，而最早宇宙膨脹的動力則是來自於宇宙大爆炸。

因此，我們可以說，宇宙膨脹有2個理論基礎，愛因斯坦的廣義相對論和宇宙大爆炸理論。有3個證據，哈勃觀測到的星系紅移，1998年，科學家觀測Ia型超新星的結果，以及宇宙微波背景輻射。這些理論加上觀測，才使得宇宙膨脹的事實被接受。