通俗讲讲大爆炸宇宙论，证据摆在那，你支持还是反对？

点击：  作者：时空通讯    来源：百度百家号  发布时间:2021-02-06 11:05:22

 

有很多的网友对宇宙大爆炸理论质疑和反对，这是可以理解的，因为这个理论的确有些匪夷所思。但看了一些网友提问和评论，有很大一部分是连大爆炸理论皮毛都不了解，仅凭吃喝拉撒的简单生活常识就质疑和反对的，就觉得作为一个科普作者，还是有必要再说一下。

 

这次就不说那么复杂了，从最简单通俗之处来讨论。能让没有一点这方面常识的朋友，也能从中进入这个理论的框架中，得窥其一斑，尝到学习科学知识的乐趣，时空通讯流心满意足了。

 

大爆炸宇宙论不是听人们说，也不是人云亦云，更不是科学家们拍脑袋随便臆想出来的，而是许多代科学家前赴后继，经过长期观测研究的结果，这个理论证据充分逻辑严密。不管你信不信，这个理论早就已经是科学界公认的宇宙标准模型理论，绝大多数科学家都信。

 

今天我就用最通俗的方法，讲讲奠定大爆炸宇宙论基础的证据~星系光谱红移。

 

 

要说清楚星系红移，还得简单说说多普勒效应。

 

多普勒效应这个科学名词看起来很洋气高深，但通俗说起来还是很简单。就是不管声波还是光波都有多普勒效应，当移动的波源快速向你靠近时，波长会缩短，频率会变高；当目标快速远离你时，波长会被拉长，频率就会变低。这种变化大小会与速度成正比。

 

我们日常生活中，声波的多普勒现象就很平常能够感受到。当一列火车或汽车高速向你驶来时，其发出的鸣笛声就会变得高昂；当从你身边驶过远去时，笛声就会变得低沉。这就是声波的多普勒效应。

 

 

光波的多普勒效应就是随着波源的移动，光谱会发生向红端或蓝端移动，简称就叫红移和蓝移。可见光是一种复合光，通过棱镜，我们可以把可见光色散成红黄橙绿青蓝紫七色，这些有色光波长在760nm~380nm之间，红光波长最长，紫光波长最短。

 

根据多普勒效应，快速离我们而去的光源波长会被拉长，快速靠近我们的光源波长会被压短。这样从光谱上就可以看到，高速远离我们的光源光谱会向红端移动，高速靠近我们的光源光谱会向蓝端移动。而且这种移动的幅度与速度成正比，速度越快移动得越多。

 

 

从光波多普勒效应得出宇宙正在膨胀。

 

随着望远镜技术的发展，人们对空间的观测越来越便利和深远。上世纪初期，美国天文学家埃德温·哈勃通过天文望远镜对星空的长期观测，发现了一个重要现象，就是远方的星系光谱都在红移，越远红移越厉害，并且各向同性。

 

这就说明了一个道理，就是远方的星系都在离开我们，而且越远离开得越快。1929年，哈勃发现河外星系视向退行速度与距离成正比，即距离越远，视向速度越大，距离和速度呈线性正比例关系，于是建立了哈勃定律理论。

 

 

哈勃定律简单表达为：Vf = Hc x D。这里Vf表示物体远离速率，单位km/s；Hc表示监测到的哈勃常数，单位km/（s·Mpc）；D为相对地球的距离，单位Mpc（百万秒差距，1秒差距约3.26光年）。

 

根据监测到的哈勃常数，也就是距离我们326万光年处星系离开我们的速度，按照哈勃定律就可以计算出距离我们任意远星系离开我们的速度，也可以从星系离开我们的速度，得出相对我们的距离。

 

从哈勃定律可以看出，远方的所有星系都在远离我们而去，越远越快，由此证实了宇宙在膨胀。根据多国长期多次测得的哈勃常数，平均值约在75km/s·Mpc，这样根据哈勃定律计算可以得出，在可观测宇宙465亿光年半径的最远处，星系远离我们的速率达到光速的3倍多。

 

 

那么，为什么说宇宙是大爆炸产生的呢？

 

这就需要反推了。我们看到远方的所有星系，都在急匆匆地离我们远去，它们又是从什么地点、什么时候开始出发的呢？

 

从哈勃定律我们可以很轻易从中得到一个推论：这些四面八方的星系都在离我们而去，说明它们都是从“我”的身边出发的。那么我们就可以反推，在已经过去的任何时刻，这些星系都比现在距离我们更靠得近一些，并且由此可以推断出，在过去某个时刻，这些星系必然都是紧密的挤在一起的。

 

这样就预示了过去有某个时刻，有一个重要的点。我们的宇宙就是在这样一个点上，某个时刻爆炸或者说是膨胀开来的。这个点就是奇点，这个时刻就是138.2亿年前。

 

宇宙寿命，也就是爆炸的时间点是根据观测和理论，经过复杂的计算方式得到的。由于哈勃常数每次测得的数据都不一样，因此宇宙准确年龄尚无定论，这里就不展开说了。下面着重说说奇点问题，因为奇点才是很多人质疑大爆炸的原因。

 

 

为什么宇宙开端不是一个巨大的球，而是一个奇点呢？

 

这就涉及到爱因斯坦的引力场理论了，引力场论是爱因斯坦广义相对论的核心，是阐述质量与时空关系的理论。

 

1916年，爱因斯坦的广义相对论发表没多久，著名的德国物理学家、天文学家卡尔·史瓦西，就根据爱因斯坦场论，发现了史瓦西半径。这个理论是说任何具有质量的物体都有一个临界半径值，当体积小于这个临界值时，就会出现奇异现象，就是这个物体的引力会达到极端，在引力无限压力下，任何物质都不会再以我们可以理解的形式存在，都会无限坍缩成一个奇点。

 

 

这个奇点体积无限小，热量无限高，密度无限大，曲率无限大。以这个奇点为中心，在周围形成一个史瓦西半径大小的球状空间，这个空间引力无限大，任何物质只要接近这个空间，都无法逃逸，光速也不例外。

 

一个原子，一个星球都是这样，宇宙当然也这样。计算史瓦西半径的公式为：R=2GM/C^2。这里的R就是史瓦西半径，这个半径是一个球状，包裹着中心的奇点；G为引力常数，近似值为6.67*10^-11N·m^2/kg^2；M为物体质量，单位kg；C为光速，近似值为300000000m/s。

 

根据这个公式，可以计算出地球的史瓦西半径约为0.9cm，太阳的史瓦西半径为2952m。现在宇宙中发现的任何恒星、白矮星、中子星、黑洞都严格符合爱因斯坦场轮和史瓦西半径理论，因此这些发现都是爱因斯坦广义相对论的预言。

 

 

那么宇宙的史瓦西半径是多少呢？

 

我们现在无法估量宇宙真正的质量，按照一些人认为的可观测宇宙质量约为10^53kg，那么其史瓦西半径则约为157亿光年。这就是说当宇宙收缩到约157亿光年半径时，整个宇宙就会坍缩成一个奇点。

 

而我们可观测宇宙现在的半径为465亿光年。当然，按照大爆炸宇宙理论，宇宙还有不可观测宇宙，也就是理论上人类永远无法观测到的那部分宇宙，这些宇宙范围有多大，质量有多少，至少我们迄今无法知道。

 

根据这个理论，在宇宙大爆炸开始那一刻，宇宙不可能是一个巨大的球，这就是宇宙为什么是从一个奇点爆炸出来的推论。

 

有人又有疑问了，根据前面说的宇宙膨胀各向同性，都是离我们远去，看起来我们就是宇宙中心，最早的时候宇宙中所有的物质都是集中在我们站的地方吗？难道我们是宇宙的中心？

 

 

科学的回答是：宇宙没有中心。

 

这怎么理解呢？我们可以用一个正在膨胀的气球来想象。在这个气球表面有很多斑点，每一个斑点都是星系，这样随着气球的不断膨胀，我们可以看到不管把自己定位在哪一个点上，周围的星系都会离我们远去，而且越远的离开得越快。

 

这就是说，宇宙是没有中心的，如果有观测者，无论站在什么地方，看起来不自己都是中心，所有的星系都在远离我们。而追溯到宇宙大爆炸那一刻，所有的宇宙能量只能集中在一点，包括我们和所有的地方。

 

当然宇宙的模型并不是像一个气球这么简单，很复杂，对宇宙时空有多种说法，有平坦说、马鞍形、曲面型等等，这里就不讨论了。

 

 

宇宙大爆炸之前是什么样子呢？

 

这个问题现代科学还无法解答，因为奇点本身就不是我们世界的物质，是一个超时空的玩意，而人类现代所有的理论，都只能解释奇点之后的世界，在奇点处就失效了。

 

量子力学的发展，让人们从物质的更深层次开始了解世界，也试着了解宇宙更深层的理论。量子理论认为，在宇宙诞生前的虚无中，蕴含着无法估量的真空零点能，这些能量会以量子涨落的方式随机出现。

 

何谓量子涨落？就是能量的涨落，无法预测的随机出现。这些随机出现的虚粒子对基本遵循正反能量守恒原则，瞬间同时出现，又瞬间随机湮灭，整体上处于能量守恒和平衡状态。

 

 

但后来的研究发现，这种平衡并不是绝对的，会出现意外的对称性破缺，也就是极个别虚粒子会没有湮灭而留存下来，这样就打破了平衡，出现了宇宙。这就是宇宙的起源，宇宙就是从这些偶尔出现留存的粒子中爆发的。

 

这种理论也预示着除了我们宇宙，在我们宇宙之外还可能存在其他很多宇宙，甚至无数个宇宙。

 

杨振宁和李政道获得诺贝尔奖的“宇称不守恒定律”，说的就是这个道理。他们的“道理”得到了科学实验的验证，成为现代量子力学的一个基础理论。霍金的黑洞蒸发理论也运用了这个“道理”。

 

但宇宙是不是真的这样诞生的呢？尚无法定论。但这丝毫不影响大爆炸宇宙论早就成为了科学界公认的标准宇宙模型理论。

 

 

大爆炸宇宙论得到了越来越多证据的支撑。

 

比如宇宙微波背景辐射被认为是大爆炸高温经历了138亿年，空间残留的余烬，现在只有2.725K，与大爆炸时刻和温度交相印证；观测到130多亿光年远的婴儿星系，与宇宙形成时间和预测状态基本一致；宇宙中元素丰度变化基本符合大爆炸理论预期；恒星、星系的形成、演化，白矮星、中子星、黑洞的发现等完全符合爱因斯坦广义相对论预测；暗物质、暗能量理论与场论结合，完美地揭示了星系形成、宇宙结构、宇宙膨胀等宇宙演化事实。

 

现代宇宙学的很多新发现和理论发展，都是在大爆炸宇宙理论指导下得到的，所有的理论和发现都支持了这个理论，迄今没有发现有价值的反证，没有人能够证伪这个理论。而其他的一些宇宙诞生理论都很稚嫩，且无法自圆其说，没有一个得到科学界广泛支持。

 

这就是大爆炸理论的通俗由来，有很多高深理论我也还要继续学习弄懂弄通，就不在这里卖弄了。说了这么多，信不信由你，但我只能奉劝某些人，对科学的东西可以不信，更可以质疑，但要建立在理性和科学方法基础上。

 

作者：时空通讯 来源：百度百家号（侵删）