图为宇宙大爆炸想象图。
事物创生的过程,在很大程度上决定了事物本质与特性,唯有明确过去,才能更深入地了解现在,进而预测未来。
对于包罗一切的宇宙来说,科学家也希望能确定宇宙诞生和成长过程。可我们无法进行时光穿梭,回到宇宙诞生的那一刻对这个过程进行观察,只能根据当下所能观测到的现象和已了解的物理学规律,提出宇宙诞生的理论模型,来描述宇宙诞生过程。
牛顿在数学和力学方面的工作,奠定了近代物理学体系基础。他认为,时间既可向前又可向后无限延伸,宇宙一直处于当前状态,不存在诞生的问题。然而,依照牛顿发现的万有引力定律,在这样的宇宙模型中进行计算后,会得出宇宙中任意一点都受到无穷大的引力的佯谬,因此牛顿的宇宙学模型无法自洽。
爱因斯坦在发现广义相对论后,依然主观地认为宇宙是静止不变的。但前提是,需要在基于广义相对论的引力场方程中,增加一个难以证实是否存在的“宇宙项”,才能得出宇宙静止不变的解。
1929年,天文学家哈勃通过光谱中的多普勒红移现象,发现所有我们能观测到的其他星系,都处在远离我们的过程中,且距离我们越远的星系,远离我们的速度越快。这与宇宙处于静止稳定状态的假说是矛盾的。唯一可能的解释,就是宇宙本身正在变化和膨胀。
实际上,爱因斯坦本可以通过引力场方程得出宇宙膨胀的解。然而,由于他对宇宙静止不变深信不疑,强行在方程中加入抵消膨胀的“宇宙项”,才得出了错误的解。在哈勃发现宇宙膨胀后,爱因斯坦曾坦言,“宇宙项”是他一生中犯下的最大错误。
如果宇宙自诞生之日起就处于膨胀和伸展过程中,那么从现在回溯,自然可得到在过去某一时刻,宇宙中所有物质都聚集在一点的结论,这也是目前人们普遍接受的“宇宙开端”之说。在宇宙诞生的那一刻,这个密度无限的点发生了猛烈爆炸,随即开始向各个方向均匀膨胀。
在爆炸发生初期,物质是以目前我们能够认识到的最小单元——夸克、反夸克等形式存在。之后,随着宇宙诞生过程的进行,宇宙温度开始逐渐下降,物质也随之进行着由小到大的聚集过程。首先是质子、电子等粒子的出现,之后由这些粒子聚集成了各种元素的原子核。氢、氦等原子数较小的元素先产生,原子数较大的重元素则稍晚一些产生。接着,这些元素组成的物质再进一步聚合为恒星、星系等我们现在能够观测到的天体,形成了我们现在的宇宙。宇宙诞生和发展的这种理论模型,一般被称为“大爆炸理论”。
需要指出的是,这个理论模型所描绘的宇宙开端,既没有被实际观察到,也无法被实验完全证实。今后,随着物理学和天文学的发展,这个理论模型可能被进一步改进,也有可能被完全否定。当然,这也是接近宇宙真理的必由之路。
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