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宇宙大爆炸理论可能是错误的?

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发表于 2016-1-31 23:29:20 | 显示全部楼层 |阅读模式
从前有个似乎十分简单的设想,即宇宙始于一次大爆炸。“大爆炸”理论使得宇宙诞生的故事慢慢拼凑起来,“大爆炸”方程式甚至还可以用于预测宇宙历史早期形成的质量较轻元素(氦、氢和锂)的相对数量,而且“大爆炸”理论还与观测结果十分吻合,这真是不可思议。

但是这种理论上的乐园已经难有好日子过了。最近几年,“大爆炸”理论不能自圆其说的问题接踵而来,宇宙不再那么循规蹈矩了。人们长期以来一直认为,星系彼此之间的引力与宇宙扩张相抗衡,向心引力刚好与离心张力形成平衡,使宇宙得到控制。可是科学家却发现了宇宙在加速膨胀的证据,这表明存在某种尚无法解释的与引力作用相反的斥力。虽然还未成定论,但是它却是理论学家一直绞尽脑汁要弄明白的一系列惊人结论中最新出现的一个。

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由于天文学家们的观测工具越来越灵敏,所以就必须不断往原始的“大爆炸”理论中塞进一个又一个用心良苦的假设——先是宇宙诞生大爆炸之后随即出现过短暂的“膨胀期”、存在大量看不见并无法解释的“暗物质”,现在则可能是正使宇宙加速扩张的某种神秘的东西。

爱因斯坦是最先模模糊糊领悟到后来称为“大爆炸”的人之一,他对这种设想深恶痛绝。1917年,他意识到他的广义相对论意味着宇宙或者在收缩,或者在膨胀。他给他的方程增加了一个项,后来称之为宇宙常数,这是一个附加因素,可以使宇宙体积的变化忽略不计。后来,天文学家们收集到了确凿的证据,表明星系的确在膨胀,离开地球的距离以及彼此间的距离越来越远。爱因斯坦因此有个著名的论断,认为其宇宙常数是他的“最大错误”。

“大爆炸”理论几乎从问世以来就一直争议不断。通过间接测量星系之间的距离以及星系漂移的速度,著名天文学家埃德温·哈勃得出结论认为,宇宙大爆炸距今已有20亿年历史了,但是地质学家利用铀衰变为铅的速度却计算出地球本身的年龄为40亿年。这一矛盾很快得到了解决。星系的移动速度是根据星系光线红移量测定的,这有点儿像远去的轮船汽笛声,音量急剧下降。于是,对星系距离的测量甚至就更不确切了。人们不得不进行这样的推理,即如果能够在某个天体附近并一览无余地盯着看的话,该天体的亮度该有多大。通过将这种假设的固有亮度与实际上抵达地球的光线亮度相比较,我们就能估算出该天体与地球之间的距离了。

直到1965年前后,该理论的拥护者还没有怀疑者多。当时天文学家发现了无处不在的背景辐射,这是最初大爆炸留下的余光。再加上对最初大爆炸后形成丰富轻元素的预言得到验证,大爆炸理论似乎可以盖棺定论了。但并不是所有事情都能得到解释。例如,为什么无论在哪里出现的背景辐射都有完全一样的温度呢?这种吻合似乎过于完美,而显得不够真实自然。还有更令人不可思议的,那就是宇宙匪夷所思的形状。一个“封闭”的宇宙是弯曲的,所以宇宙万物最终会崩溃。而一个“开放”的宇宙则将无限扩张。但是无论如何,我们自己的宇宙似乎是“平的”,介于这两者之间。

除非存在宽厚仁慈的独裁者,否则宇宙中的一切怎么能够如此和谐呢?1979年时出现了一个答案,当时物理学家提出了一个假设,认为在最初大爆炸之后,宇宙紧接着进入超高速疯狂扩张期,宇宙体积成倍地膨胀。该膨胀期只持续远远不到一秒钟的刹那,但是计算结果表明,这就足以使辐射变得均匀,并使弯曲展平——消除了大爆炸留下的波纹,于是又恢复了宇宙常数。但是宇宙学家们随后又开始感到不安了,因为宇宙辐射过于均匀。这表明宇宙最初是均质单一的,后来莫名其妙地演化成我们今天所见到的不规则的宇宙,中间点缀着恒星、星系和巨大星系团。要想让这么多的物质凝结起来,似乎宇宙的年龄还不够大,引力也不够强。于是就出现了另一次修正。

宇宙学家们已经发现,理论上存在的暗物质可以让“大爆炸”理论自圆其说。如果宇宙中存在足够多的这种看不见的物质,那么这种物质就可以产生额外的引力,促使形成巨型结构。“大爆炸”理论变得不再简单明了,现在甚至似乎变得越来越复杂了。以正在发生爆炸的恒星超新星作为测量距离的信标(因为可以用超新星闪烁的速度来估计它们的实际亮度),天文学家们很不情愿地得出了这样一个结论,即宇宙可能正在莫名其妙地加速扩张。还可能出现这样的情况,光学错觉让天文学家们看走了眼。与此同时,理论学家们又在忙着修补漏洞了。



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