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宇宙起源的奥秘 创世起源神话到大爆炸理论

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发表于 2016-3-21 00:23:21 | 显示全部楼层 |阅读模式
宇宙,不是从来就有的,它有着其诞生、演化和成长的过程。人类对宇宙起源的认识可以追溯到遥远的古代:在中国有着夸父逐日的传说;在西方,也说上帝七日造天地。在大概两百亿年前,在一次无比壮观的大爆炸中,宇宙诞生了!面对浩瀚无垠的宇宙,人类充满了好奇,不停地翘首观天问星:宇宙有多大?它是有限的还是无限的?宇宙中还有别的智慧生物吗?……

    经过多年的努力,人类依靠先进的科学技术,好奇心得到了越来越多的满足,宇宙的谜底也在一步步解开。人类对奥妙无穷的宇宙的认识进程,首先是从地球开始的,然后由地球伸展到太阳系,进而延伸到银河系,再扩展到河外星系和总星系,最后再回到地球上。正是这些内容构成了宇宙,丰富了宇宙的内涵。
    虽然我们身处宇宙,但即使望穿双眼,浮想联翩,也不能穷尽其万一。想要更确切地了解宇宙,揭开其神秘的面纱,并充分利用宇宙空间与资源,还需要人类付出更多的努力来探寻、发现。



宇宙从何而来


    夜晚,躺在草地上,仰望苍穹,看着浩渺的宇宙,心生疑问 :宇宙是从何而来的?当孕育在大鸡蛋中的盘古用一把开天神斧劈开了混沌后,天地便分开了; 盘古的身子又孕育了万物,宇宙形成了。与此同时,在同样流传着诸多神话与传说的西方,上帝利用自己巨大的神力创造了宇宙,仅用六天时间就将一个混沌的世界分开了,创造了这个神秘莫测的宇宙大世界。然而神话与故事终究是传说,被赋予了太多的想象与虚构,透过人类发展的历史与对宇宙的探索,人类一直在不懈地追求着宇宙起源的真正原因。在众多关于宇宙起源的假说中,最具说服力的首推“宇宙大爆炸”理论。这为宇宙起源的研究开拓了新的课题,也为人类留下了更为广阔的探索空间。


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宇宙创世起源神话



    宇宙,这是一个既熟悉而又带有神秘色彩的字眼,宇宙从何而来,是怎么起源的,宇宙的大小、形状……这一系列问题无不困扰着人类。为了探寻无穷宇宙中的奥秘,人类对宇宙进行了不懈的探索,其探索过程几乎和人类的历史一样长。在几千年的悠久历史文化中,对宇宙的起源、进化及形成,世界各族人民怀着好奇之心,在相对独立的条件下,演绎出了各自的创世神话。在我国的历史记载中,流传着盘古开天辟地的神话。相在天地形成之前,世界万物原本是黑暗混沌的一团,就像一个大鸡蛋。盘古就孕育其中。过了一万八千年,盘古睁开了眼,黑暗里他无意中摸到了一把神斧,便使劲一挥,只听一声巨响,山崩地裂,大鸡蛋爆开了,混沌破裂。其中重而浊的东西渐渐下沉,凝成了地;轻而清的东西冉冉上升,形成了天,混沌不分的天地被盘古分开了。盘古开天辟地之后,他担心天地会合拢,于是他头顶着天,脚踏着地,然后一日九变,撑在其中。天每天升高一丈,地每天增厚一丈,盘古的身体每天也长一丈。又过了一万八千年,天极高,地极厚,盘古也长得极高了,他的身体长得足有九万里高,像一根无比巨大的柱子,立在天地中,使天地无法重新合拢,不再变得黑暗混沌。这时,天地又发生了奇怪的变化:盘古发出的声音变成了隆隆的雷霆,呼出的气流变成了风云;左眼化为太阳,右眼化为月亮,头发和胡须变成了天上的星星;他的牙齿、骨头变成闪光的金属、坚硬的石头和圆亮的珍珠玉石;他的身躯和四肢变成了大地的四极和五岳,血液变成了江河湖海,筋脉变成了道路,肌肉变成了田土,皮肤和汗毛变成了花草树木,就连流出的汗水也变成了雨露;长在他身上的各类寄生物,受到阳光雨露的滋养变成了大地上的黎民百姓……


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在西方国家中,同样也流传着众多关于宇宙起源的创世神话。在古巴比伦,人们认为是魔力女神死后才造就了天与地。埃利什与水神阿普苏和蒂马特产卵生育了数代天神,这些后代天神中伊阿是长兄,他还有许多个弟弟。由于这些小天神很调皮,经常吵闹,使得阿普苏和蒂马特无法安然入睡,于是,阿普苏密谋要杀死这些小天神。然而,消息不胫而走,被伊阿知道了,伊阿抢先动手将阿普苏杀死了。蒂马特得知噩耗后发誓要进行报仇,于是她开始创造出了许多怪物,其中包括疯狗、蝎人、半牛人和巨龙等。与此同时,伊阿和女神达姆基娜也创造了长着四个眼睛和四个耳朵的马杜克。马杜克成为了伊阿和达姆基娜的保护神。在马杜克和蒂马特的恶战中,马杜克用一支箭射中了蒂马特的心脏。蒂马特的身体被撕成两半,变成天与地,之后马杜克又创造了人类,让人类去做天神不愿做的苦力差事,世界由此诞生。在埃及的创世神话中,世界最初是处于混沌而无序的状态的。天神阿图姆希望自己具有灵魂和肉体,为了能在这个混沌的世界中占有一席之地,能够立足,他创造了一座小山。由于他没有性别,他只能想别的办法创造后代,于是他从嘴里吐出了一个儿子,即空气之神--舒,接着,他又吐出了一个女儿,即湿气之神--特夫努特。这两个新创造出来的小天神负责重新改变宇宙的混沌状态。


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于是,舒和特夫努特创造了土地之神格布及天空之神努特。刚开始时,格布和努特是互相纠缠在一起的,后来,格布将努特举起来了,新的世界秩序便渐渐建立了起来。而舒和特夫努特则消失在黑暗之中。阿图姆为了寻找舒和特夫努特,挖出了自己那双能看到一切事情的眼睛,最后找到了舒和特夫努特,使得他们再次返回到阿图姆的身边。阿图姆十分高兴,激动得眼泪都流了下来,而落下的泪,落在地面上就形成了整个人类。



    在印度,最早的吠陀梵语的《吠陀经》中描述了这样一幅情景:神灵普鲁沙长着数千个头、眼睛和脚,他用他无比巨大的身体包裹着整个地面,而他的十根手指延伸可以扩展空间。当天神们向普鲁沙献出祭品时,普鲁沙身体上便生成了清澈的黄油,这些黄油渐渐形成了鸟类和动物。后来普鲁沙的身体转变为世界万物的基础,同时还形成了火神阿格尼和主管雷雨、战争的天神因陀罗等,从他的身体上又建立了印度社会的四个等级,即:巫师、武士、平民和奴隶。随着历史的发展,三位一体的宇宙最高永恒实体、众生之父--梵天出现了。此外,三位一体的天神还包括守护之神毗湿奴和破坏之神湿婆。接着,梵天创造了宇宙万物。宇宙秩序持续了43.2亿年后,却被破坏之神湿婆摧毁了,他还开启了新的循环,使每个人都得到了松缓,而宇宙的循环状态还需要数十亿年才能结束。


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在公元前8世纪希腊诗人赫西俄德所记述的神话史诗中,原始宇宙的混沌状态则起始于最早的神灵,包括大地女神盖亚。盖亚创造了最早的至上之神、天的化身乌拉诺斯。乌拉诺斯掌管着天空,并保护盖亚。他与盖亚生育了许多天神和怪物。他们一共生育了6个儿子和6个女儿。乌拉诺斯非常不喜欢几个相貌怪异的儿女,便将他们监禁在地狱底下暗无天日的深渊--塔尔塔罗斯。对此,大地女神盖亚非常愤怒,她将一把巨大的镰刀赐给了自己最年轻的儿子克洛诺斯,并告诉他谋杀乌拉诺斯的计划。当乌拉诺斯接近盖亚试图亲热时,最年轻的儿子克洛诺斯突然冲出来将乌拉诺斯的生殖器割下,乌拉诺斯的血液瞬间流满了地上,于是就形成了巨人族怪物和复仇女神。

    在这些众多故事传说中,最被西方人所认可、信仰的便是《圣经》中记载的关于世界起源的两个神话故事。

    根据《圣经•创世记》中所记录的文字,可以推算出世界的创生时间是在公元前4004年10月23日上午9时。上帝凭着自己巨大的法力创造了宇宙,仅仅用六天时间便将一个混沌的世界分界开来,创造出了一个神秘莫测的宇宙大世界。


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    起初,地是空虚混沌的,渊面黑暗,上帝的灵运行在水上面,上帝想,要是有光就好了,于是,他在黑暗、混沌和水的大地上创造了“光”,宇宙的第一缕光出现了,光暗分开了。上帝称光为昼,暗为夜,分别了昼夜。上帝创造了空间,一个有着黑暗与光明的空间。这是第一日。

    第二日,上帝在创造了空间后,发现空间没有上下之分,看上去没有层次。他说,诸水之间要有层次,于是,上帝使用“二叉树法”造出了空气,将空气以上和空气之下的水分开了,水将空间分为了上下。上帝称空气为天。


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    第三日,上帝用“聚类法”将水集聚在一起,使陆地露出了水面。上帝称陆地上旱处为地,积水的聚处为海。上帝说,既然是地,地上要发生出青草和种子的菜蔬,还可以结果的树木,这样各从其类,果子都包着核。这些有生命的植物被来了。因为植物是有生命的,上帝也间接地创造出了时间。

    第四日,上帝创造了日、月和星星。在还没有日月星辰之前,上帝已经创造出了“光”,天上要有光体,可以分昼夜,作记号,定节令、日子、岁月,并且这个光要发光在天空,普照在地上。可是光源在哪里?于是,上帝造出了两个大光,一个稍大的管昼,小的管夜。接着又造了众星,并把这些光源摆列在天空,普照在大地上,管理昼夜,分别明暗。上帝在这一天创造了系统。


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第五日,因为上帝不在尘世,自然最先想到的便是天空和水中。上帝说,有水的存在,必然可以多多滋生有生命的物,自然要有鸟雀等和水中所滋生的各种有生命的动物,于是,上帝创造出了水中的动物,各从其类。接着又造出了各种飞鸟,各从其类。上帝赐福给这一切,滋生繁多,充满了海中的水。鸟雀也可生在地上。这一日,上帝创造了生命。

    第六日,上帝看见地上还没有什么活物,于是,创造出了陆地上的动物,野兽、牲畜和地上的一切昆虫,各从其类。神看着这些动物,感觉似乎还缺少了点什么。他左思右想,想到了,便采用仿真技术,按照自己的样子创造了人。上帝赐福他们,并让他们管理海里的鱼、空中的鸟、地上的牲畜及地上所爬的一切昆虫。上帝将地上一切结种子的菜蔬和所有树上所结有核的果子,全赐给人类作食物。上帝还将地上的青草赐给地上的走兽、空中的飞鸟和各种爬在地上有生命的动物,作为它们的食物。上帝看着这眼前的一切,心满意足地笑了。



   第七日,上帝创造完了宇宙及其宇宙上的天地万物,便安息了。这一日也被定为圣日(安息日)。

    而另一个故事说的就是上帝在地面上创造了第一个人类--亚当,并为亚当创造了一个伊甸园,园中央有两棵树:生命之树和智慧之树。亚当在这里无忧无虑地生活,但是唯有一点却被禁止,那就是他不能吃下伊甸园树上结的果实,这些来自善良和邪恶意识之树结出的果实。然而只有亚当一个人的生活,对他来说显得太寂寞孤单,上帝见了,就从亚当身体上抽出一根肋骨,创造了第一个女人--夏娃。这样,亚当就不寂寞了。亚当和夏娃幸福地生活在伊甸园里,与上帝和谐相处着。一天,夏娃在伊甸园的果树下玩,一条会说话的大毒蛇诱惑夏娃,说服她吃了禁果,之后她又说服亚当也吃下了禁果。当上帝发现此事后,对蛇下了诅咒,并将亚当和夏娃驱逐出了伊甸园,让他们成为凡人。于是,人世间便有了人,有了男人和女人……

    关于宇宙的起源神话,丰富而生动。而宇宙的起源、诞生问题也更是众说纷纭,引导着人们从更深层次领域、更科学的角度探索宇宙诞生之谜。




宇宙大爆炸--真正宇宙起源





    关于“宇宙”,在中国古代的书籍中最早使用这个词的是《庄子•齐物论》,庄子在此书中指出,小到生命,大到宇宙,都有一个开始,在开始之前呢,有一个未曾开始的开始,不仅如此,而且还有个连未曾开始都未曾开始的开始。因此,宇宙之初的形态可以看成是“有”,在“有”之前是“无”,还有连“有”和“无”都没有的“无”。这样说,看起来似乎拗口、绕来绕去,其实简单来看,也类似于是“先有鸡蛋后有鸡,还是先有鸡后有鸡蛋”这样的问题。正因为这样,才引得无数人去探寻。



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   “宇”是个空间概念,它包含各个方向,如东南西北的各个地方;“宙”则指一切不同的具体时间,包括过去、现在、白天、黑夜等。“宇”指空间,“宙”指时间,“宇宙”就是时间和空间的统一。在《淮南子•原道训》中有注:“四方上下曰宇,古往今来曰宙,以喻天地。”“宇宙”一词便被用来指整个客观实在世界。与宇宙相当的概念另外还有“天地”、“乾坤”等,但这些概念仅指宇宙的空间方面。在《管子》中出现了“宙合”一词,这里的“宙”指时间,“合”指空间与“宇宙”的概念最为接近。



   在西方,“宇宙”这个词在英语中是“cosmos”,在俄语中叫“кocMoc”,在法语中称“cosmos”,在德语中为“kosmos”。但它们都源自希腊语中的“κoσμoζ”,其原意是“秩序”。古希腊人认为宇宙的创生乃是从混沌中产生出秩序来。但在英语中更经常用来表示“宇宙”的词则是“universe”。此词与“universitas”有关。中世纪时,人们把沿着同一方向朝同一目标共同行动的一群人称为“universitas”。从“universitas”最广泛的意义上讲,又指一切现成的东西所构成的统一整体,那就是“universe”,即宇宙。在大多数情况下,“universe”和“cosmos”常常表示相同的意义,不同的是,“universe”强调的是物质现象的总和,而“cosmos”则强调整体宇宙的结构或构造。由此可见,宇宙乃是天地万物的总称。

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    宇宙诞生之前,没有时间,没有空间,也没有物质和能量。那么,宇宙是何时诞生的?又是怎样起源的?这个神秘难解的命题,多少年来一直困扰着人类,人们为此付出了巨大的艰辛,对其进行了多年的辛勤探索和艰苦细心的观测、研究。


    “功夫不负有心人”,经过天文学家和天文物理学家们钻研,近年来对宇宙的认识渐渐有了进一步的深化,对宇宙的观察视野也开始得到了拓宽和加深,目前已能窥视的宇宙深度达200亿光年之遥。“200亿光年”这是个什么样的概念?以每秒30万千米的速度航行也要走上200亿年!然而,浩瀚的宇宙,其奥秘也是无穷的,即使人类的科学技术已达到如此先进程度,但仍还有诸多宇宙间的疑问和迷团没有解开,还需人们不断地努力和探讨。



到目前为止,关于宇宙起源的假说和理论已有40多种,各种说法不一,但较有说服力的、也是最有可能的还首推“大爆炸理论”。1927年,比利时数学家勒梅特提出了这一理论,他认为最初宇宙的物质集中在一个超原子的“宇宙蛋”里,在一次无与伦比的大爆炸中分裂成无数碎片,形成了今天的宇宙。1948年,俄裔美籍物理学家伽莫夫等人,又详细勾画出宇宙诞生的过程。何谓“大爆炸理论”?其实质就是--混沌初开,即在原始混沌状态下逐渐形成了一块具有超密度的物质,这种物质密集在“宇宙原点”的极小空间里,经过酝酿,在一种力的作用下空间内便产生了激烈的大爆炸,所有炸开的物质便向着四面八方飞散开去。这发生在约200亿年前,那时的原始宇宙是混沌不清的,“四大皆空”,就在这些“空”中,一个体积无限小的点爆炸了。时空从这一刻开始,物质和能量也由此产生了,宇宙由此诞生,这就是宇宙创生的大爆炸。刚刚诞生的宇宙是炽热致密的,随着宇宙的迅速膨胀,其温度迅速下降。最初的1秒钟过后宇宙的温度降到约 100 亿度,这时的宇宙就是一锅由质子、中子和电子形成的基本粒子汤。随着宇宙的逐步膨胀,这锅汤开始渐渐变冷,核反应发生了,于是,生成了各种元素。这些物质的微粒在空间内相互吸引、融合,形成越来越大的团块,并逐渐演化成各种星系、恒星和行星,在个别天体上甚至还出现了生命的迹象。随后,随着时空的推移,能够认识宇宙的人类也诞生了。


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    人类诞生后,宇宙整体膨胀过程还未停止,至今宇宙仍在继续膨胀着。天文学家们根据观测,发现太空中有很多恒星目前仍在向外移动。1929年美国天文学家哈勃就发现了银河系之外的河外星系普遍具有红移现象(星体向远方移去的现象)。此外,粒子物理学通过实验也进一步证实了这一点,并支持这种“大爆炸理论”。“大爆炸理论”与1916年爱因斯坦发表的广义相对论完全相符合。

    在宇宙大爆炸时期,宇宙体系并不是静止的,而是在不断地膨胀,是物质的密度从密到稀的演化过程。而大爆炸的主要观点又被认为是宇宙从热到冷的一段演化历史。在这其中,从热到冷、从密到稀的过程就好像是一次规模巨大的爆发。



    宇宙大爆炸时出现的原点,我们通常称其为宇宙的时间原点和空间原点。在最初爆炸的1秒之内原始宇宙爆炸产生了各种粒子、射线、辐射光子等物质,这些物质最终确定了现今宇宙的基本特性:宇宙各向同性,宇宙各向均匀。与方向无关的性质称为“各向同性”。同时,宇宙中也充满了正物质和反物质,但反物质较少。爆炸1秒钟之后,在1~3分钟内,形成的是各种金属原子核;而在3分钟到1万年间,物质粒子取代了光子形成物质时代,空间充满着原始物质团。10亿年后,宇宙物质尘埃大量云集,凝结形成星系。由此可以说,宇宙星系是在190 亿年前开始形成的,再过 20 亿年,开始形成第一代恒星,恒星内部进行激烈的热核反应,重元素开始出现。这个过程大概需要 100 亿年的时间。






  到50亿年前,太阳系星云开始收缩,地球等行星开始形成,整个太阳系结构也在此时形成。到30亿年前,地球上开始出现了微观生命体;4亿年前,海洋中出现贝类,陆地上出现动物并开始繁衍后代;2亿年前,哺乳动物出现;0.5亿年~0.6亿年前,最早的灵长类动物出现;数百万年前,类人动物出现,接着诞生了原始人类,他们过着茹毛饮血的生活;数十万年前,人类开始学会使用“火”,并能制造简单石器工具,智力进步迅速;数万年前,人类开始学会画图、结绳记事,开始走上文明之途;一万年到数千年前,地球上的人类茅塞顿开,智慧之门大开,开始了农业耕作,了解天文地理,观察天象。直到今天,特别是到公元20世纪初,地球人开始经历了数次大革命(工业革命、电能和原子能革命),懂得使用无线电,发明了计算机,人类文明社会开始向高级阶段进步。尤其在20世纪60年代开始进行了宇宙探索飞行,实现了登陆月球并开发宇宙。宇宙中除行星外,还有能发光发热的恒星和其他各类星体(包括彗星、暗星、类星体及星云等)。其他星球(行星)上的生物进化也许比人类的进化要早几千年、几万年甚至几百万年。


    由此,我们看到了一个我们不曾了解的宇宙的起源及其诞生的全过程。但是,现在的宇宙在发生大爆炸之前到底是什么样子的呢,或者说这次大爆炸发生的原因是什么呢?这些问题,大爆炸理论始终无法回答出个所以然来。按照“宇宙大爆炸”的理论,我们只能推断出宇宙是没有开端的,它只是一个从大爆炸到黑洞的周而复始的循环不断的过程,这也便是宇宙创生与毁灭并再创生的反复过程。


    虽然“大爆炸理论”只是假设、推断,但人们仍能从中挖掘出未知宇宙的众多奥秘,对其进行更细致的解构与探密。

    关于宇宙的起源诞生问题,虽然已经有最有影响的“宇宙大爆炸理论”来解释,但科学家仍在进一步寻找更加强有力的科学论据来证明这一设想。





创世遗迹--微波背景辐射



    长期以来,人们都在探寻宇宙的诞生问题,一直以来,有一种最有说服力的“大爆炸理论”在背后支撑着宇宙起源问题。它认为宇宙最初是一个质量极大、体积极小、温度极高的点,然后这个点发生了爆炸,随着体积的膨胀,温度不断降低。至今,宇宙中还有大爆炸初期残留的被称为“宇宙微波背景辐射”的宇宙射线。

    微波背景辐射,是来自于宇宙空间背景上的各向同性的微波辐射,即宇宙微波背景辐射,又称3K背景辐射,它是一种充满整个宇宙的电磁辐射。由于这种辐射来源于宇宙的各个方向,又有着近乎同样的频率和强度,所以宇宙学家相信它们是由宇宙大爆炸遗留下来的,是创世遗迹。


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1934年,托尔曼通过实验,偶然地发现了在宇宙中辐射温度的演化中,温度会随着时间的演化而发生改变,光子的频率也会随着时间的演化而有所不同。但若把这两个要素(即频率和温度的函数)放在一起考虑时,这两者间的变化就会相互抵消掉,于是,黑体辐射的形式就被保留了下来。托尔曼也由此成为了第一个研究有关宇宙背景辐射的人。

    1948 年,由旅美的俄国物理学家伽莫夫带领的团队也开始了对宇宙微波背景辐射的探测,他们估算出,如果宇宙最初的温度约为 10亿度,则会残留有约5~ 10K的黑体辐射。然而这个发现工作并没有引起足够的重视。



    到了 1964 年,苏联的泽尔多维奇,英国的霍伊尔、泰勒,美国的皮伯斯等人研究预言,根据他们的探测,宇宙中应当残留有温度为几K的背景辐射,并且在厘米波段上可以观测到,从而重新引起了学术界对背景辐射的重视。同时,美国的狄克、劳尔、威尔金森等人也开始着手制造一种低噪声的天线用以探测这种存在的辐射,然而另外两个美国人无意中先于他们发现了背景辐射。这就是美国贝尔实验室的工程师阿诺•彭齐亚斯和罗伯特•威尔逊。


    1964年的一天,工程师阿诺•彭齐亚斯和罗伯特•威尔逊正在贝尔实验室里做实验。他们架设了一台喇叭形状的天线,想用来接收“回声”卫星的信号。为了能更好地接收卫星信号,他们必须检测这台天线的噪音性能。于是,他们将天线对准天空方向进行测量。结果发现,在波长为7.35cm的地方一直有一个各向同性的信号存在,这个信号很奇怪,既没有周日的变化,也没有季节的变化,由此可以判定这个信号与地球的公转和自转无关。


    在他们看到这个奇怪的信号后,刚开始还怀疑这个信号来源于天线系统本身。于是,在1965年初,他们对天线进行了彻底检查。他们清除干净了天线上的鸽子窝和鸟粪,重新开始检测,然而噪声仍然存在。针对这一奇怪现象,他们在《天体物理学报》上以《在4080兆赫上额外天线温度的测量》为题发表了一篇论文,正式宣布了这个发现。但无法对其进行科学的解释。

随后,狄克、皮伯斯、劳尔和威尔金森在同一杂志上以《宇宙黑体辐射》为标题发表了一篇论文,对这个发现给出了正确的解释:这个额外的辐射就是宇宙微波背景辐射。这个黑体辐射对应到一个3K的温度。之后再观测其他波长,推断出它们的背景辐射温度约为 2.7K。



    微波背景辐射最重要的特性是它具有黑体辐射谱。所谓黑体,就是指能全部吸收外来电磁辐射而毫无反射和透射的理想物体。一般情况下,黑体发出的辐射在不同波长上的分布仅与黑体的温度有关。在宇宙大爆炸时,随着宇宙的不断膨胀,其背景辐射的温度也逐渐降低,目前相当于绝对温度2.7℃。而宇宙微波背景辐射与绝对温度2.7℃黑体辐射非常吻合。通常,黑体的辐射谱在0.3~75厘米波段,在地面上就可以直接测到;在大于75厘米的射电波段,来自于河外空间的辐射被银河系本身的超高频辐射掩盖了,因而不能直接测到;在小于 0.3厘米波段,由于地球大气对黑体辐射产生了干扰,因此要依靠气球、火箭或卫星等空间探测手段才能测到。因背景辐射是温度近于2.7K的黑体辐射,所以习惯称之为3K背景辐射。透过黑体辐射谱现象,可以看到微波背景辐射是属于极大的时空范围内的事件。因为只有通过辐射与物质之间的相互作用,才能形成黑体谱。由于现今宇宙空间的物质密度极低,辐射与物质的互相作用变得极为弱小,所以,我们今天能观察到的黑体谱必定起源于很久以前,能为人们探索宇宙的奥秘提供更为古老的信息。


    宇宙背景辐射的发现被认为是20世纪天文学的一项重大成就。它对现代宇宙学所产生的深远影响,可以与河外星系的红移的发现相比拟。对于近代天文学来说,它具有非常重要的意义,为“宇宙大爆炸理论”提供了一个有力的证据,并且与类星体、脉冲星、星际有机分子一道,并称为20世纪60年代天文学的“四大发现”。彭齐亚斯和威尔逊因为发现了宇宙微波背景辐射而获得1978年的诺贝尔物理学奖,受到了天文学界的推崇。






宇宙是无中生有吗




    既然宇宙大爆炸被看成是宇宙诞生最具说服力的假设,那么宇宙是否也可以被看成是无中生有的过程呢?据英国著名的物理学家霍金所讲,宇宙是无中生有的。那么使宇宙从“无”中爆炸出“有”来的原因或事件是什么呢?

    史蒂芬•霍金一直在致力于研究关于宇宙的系列问题,他把量子理论和爱因斯坦的广义相对论结合起来,试图分析、研究宇宙的本原问题。


广义相对论是物理学和天文学界一个比较经典的理论,它同量子理论不同,存在着本质的区别。量子力学没有因果性质,就像我们有的人会问宇宙是从“无”中爆炸出来,那么从量子理论来看,这种从“无”到“有”的过程是不需要原因的,而是事物发展的偶然。就像原子弹的嬗变,较重的原子核会变成较轻的原子核,同时释放出不同种类的射线。而在广义相对论看来,一个原子是否嬗变,什么时候嬗变都有必然的原因,而且还可以预测到。但是事实上,我们并不能确定一个原子核它到底什么时候嬗变,这个过程完全是随机的。宇宙就像是这样的一个原子核,而大爆炸则可以看成是它的嬗变。



    其实,若从哲学思辨上来讲,也许理解宇宙的无中生有更容易,宇宙的起源问题也就可以理解了。说宇宙无中生有,并非是说“有”是由“无”生来,而是说“有”和“无”是相辅相成的。正因为有了“有”,才能体现“无”。通常,我们在数学上以0来表示“无”,但若要是没有0以外的数字的话,0就没有丝毫意义。只有当0作为正数和负数之间的转折,0作为“无”的存在意义才体现出来了。同样,作为时空存在表现形态的宇宙,表现为时空的起源与时空能量的震荡,即宇宙的膨胀和收缩,其中,正负能量就是“有”,相反,两种能量的转折处,便是“无”。只有时空能量的启动,才开始形成逐渐扩张的时空,在时空启动之前,“无”是没有意义的。而处在“时间”和“空间”中的人类,却无从体验没有“时间”和“空间”的。所以老子以“混沌”来形容这种没有状态的“状态”时,我们感受到了他作为一代圣人的智慧之处。



    可是宇宙中的“无”,我们该如何理解和确认呢?对这个问题各有说法。大爆炸学说从根本上否定了“无”,它认为物质或能量原本就存在,时空形成之前,物质或能量就存在于“奇点”之中。为了解释“奇点”中物质的来源,循环宇宙论应运而生。然而,它并不是建筑在“无中生有”的假设之上的。

    回到我们所处的时空,到底宇宙中是否存在着“无”? 答案应该是肯定的,但是针对“无”的解释却是仁者见仁,智者见智。

    “有”和“无”的根本差别就在于一个可以计量,一个无法量度;一个可以捉摸,一个无法感受“大、小”,“多、少”都用来形容“有”,“有”还可以有“无穷”、“无限的概念。但“无”却只能用“无”来形容。



假设一个“当下时空层面”的概念,它是时间进程最末端的时间准线,在时空中表现为一个虚拟的“球面”。当所有现实存在的事物,都处于这个时间层面时,从时间或时空角度可以想象一下当下时空层面,它就是一个扩张中的“球面”。时空球面受到的是扩张方向的“作用力”,它们指向“当下”。而与时间扩张一起产生的“收缩”方向的“作用力”,则是指向时空原点的“力”它们指向“过去”,这两种作用“力”因为有时间上的差异且运动方向不同,因此不可能相遇,最终结果是湮灭。这个过程就是时空膨胀的过程,是累积能量的过程。与时空扩张方向相反的“力”,则指向时空原点,并以与所经过的各时空状态的“光速”回归时空原点,由于时空的扩张不会间断,这种越来越弱的能量就会源源不断地向时空原点回拢并最终消融于时空原点。这些应该就是上节中提到的“背景辐射”。在“当下时空层面”与“过去”之间的转折处就形成了时空中的“无”。即真实的存在与消逝的过去之间的转折处,就是“无”,它是扩张的时空能量与收缩的时空能量的交界处。因此,宇宙是无中生有的。



    然而,近年来,美国一位理论物理学家根据其建立的一个新时空数学模型称,我们的宇宙并不是在无中生有中诞生的,它还有“前世”。

    从现行理论中可知,科学家一般认为宇宙是137亿年前诞生的,这个被称为“宇宙大爆炸”的事件成为了一切的起点,包括时间和空间。在大爆炸开始的瞬间,宇宙中的一切都被压缩在一个“奇点”--体积为零、密度无限大的点中。在大爆炸之前,宇宙是没有物质、空间和时间的。但美国宾夕法尼亚州立大学的理论物理学家马丁•波乔瓦尔德称,大爆炸并不是时间的起点,我们现在的宇宙是前一个宇宙收缩之后因“反弹” 而再度膨胀才产生的。



    波乔瓦尔德的模型是建立在“圈量子引力论”的理论基础上的,“圈量子引力论”是一种试图将爱因斯坦相对论与量子力学相结合的理论。波乔瓦尔德认为,在大爆炸开始的一瞬间,我们的宇宙体积非常小但并没有小到零,能量极大却不是无穷大,并不是“奇点”。大爆炸很可能是前一个宇宙的灭亡所触发的。它与我们正在加速膨胀的宇宙不同。大爆炸开始之前,宇宙的“前世”处于收缩状态,但并未收缩成一个没有体积的“奇点”,因为当温度和压力变得极大时,引力会变成斥力,阻止宇宙的进一步收缩。由于积蓄的引力能量非常大,宇宙收缩到一定程度后会发生“大反弹”,就像皮球重重地砸在地上之后会反弹起来一样。而“大反弹”又刚好触发了当前宇宙的膨胀。

    若按以上假设情况来看,大爆炸并不是时间的开始,宇宙可能有着无限的过去与未来。但波乔瓦尔德的这一假说并未得到验证,还有待继续研究。




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