宇宙到底是怎么来的？应该相信宇宙大爆炸理论吗？

宇宙大爆炸理论是否真实发生过？我们是否应当信赖这一理论？

或许我们应该先探讨，是谁创造了宇宙？

一、爱因斯坦的广义相对论，不仅仅是开脑洞

二十世纪初，爱因斯坦提出了他的广义相对论，宣称牛顿的万有引力，实质上是物体弯曲了时空的结构。

他打了一个生动的比方，将时空比作一个有弹性的床垫，放上一个重物，“床垫”的表面会因重物的重量而下陷；如果周边有其他小物体，则会朝着下陷的区域滚去。

根据这个理论，爱因斯坦推断，太阳巨大的质量，使得其他星体发出的光，在进入由太阳造成的时空曲率中时，必定会发生偏折。

英国的科学家爱丁顿随后验证了这一推断，他观测到了被太阳遮挡的星星，并计算了光线偏折的角度，与爱因斯坦的广义相对论预测完全一致。

一个预测能够以数学方式表达，并且通过观察得以证实，这才是科学。

那么，广义相对论是如何与宇宙大爆炸理论联系起来的呢？

在广义相对论被证实之后，爱因斯坦继续利用它去计算宇宙的演化，结果令人大吃一惊。

计算结果显示，宇宙极不稳定，每个星体都被拉向质量更大的星体，直至全部坠入同一个“坑”中。

难道宇宙将……自我毁灭？

当时，普遍观点认为宇宙是静止且稳定的，爱因斯坦并不相信这个计算结果，还引入了“宇宙常数”，以保持宇宙的稳定。

但事实上，他的计算是正确的，宇宙并非静止的。

抵抗星体间引力的，正是宇宙的膨胀。

比利时的科学家勒迈特提出，如果宇宙真的正在膨胀，那么今天的宇宙肯定比昨天的大，昨天的又比前天的大；反过来推理，宇宙必定曾经是一个非常小的、密度极大的点，被称作“宇宙蛋”。

这就是大爆炸理论的起点。

二、观测宇宙膨胀的“灯塔”

我们已经说过，任何未经过观察和实证检验的理论，都不属于科学。

而事实上，确实有科学家观测到了宇宙的膨胀。

这个人就是哈勃。

哈勃提出了著名的哈勃定律，简言之，宇宙中的星体，离地球越远，远离地球的速度就越快。这个速度，我们称之为“退行速度”。

哈勃定律经常被用于计算遥远星系的距离。

例如，许多人曾认为仙女座星系位于银河系之内，但根据哈勃定律的计算，仙女座与地球的距离超出了银河系的直径，因此我们得出结论：仙女座属于另一个星系。

科学家们观测宇宙的视野得到了极大的扩展。

那么，宇宙的规模如此庞大且遥远，科学家是如何测量的呢？

这就需要一种标记物，一个在暗夜中闪烁着亮光的“灯塔”——造父变星。

这种星体不稳定，亮度会周期性地变化，科学家发现了它的闪烁周期规律，并利用这一规律计算出该星系距离地球的距离。

三、火车出站的汽笛声，与宇宙之间的联系？

当火车驶出车站时，最初的汽笛声通常尖锐，而远去时则变得低沉。

你并没有听错，这在初中物理课上就讲过，被称为“多普勒”效应。

当火车朝你驶来时，声波波长缩短，速度越快，波长就越短，频率就越高；反之，当火车离你而去时，声波波长变长，频率降低。

光也是如此。科学家们如果能检测遥远星系的光谱，计算光波的波长，就能得知它们的运动状态和速度。

正是通过这种方法，科学家们发现了红移现象。

因为红色是可见光中波长最长的，星系光谱向红色光方向偏移，这表明这些星系正在远离地球，宇宙确实正在膨胀，正是这种膨胀在抵抗引力。

接着，科学家们又发现了星系与地球的距离、离开地球的速度之间的关系，那就是距离越远，速度越快。

在最遥远的区域，退行速度甚至可以超过光速。

就像一个逐渐被吹大的气球，气球上的每个点都在彼此远离。

因此，你也可以想象这样的情景，如果时间突然倒流，宇宙将会以同样的速度收缩，各个星系以极快速度聚集。

因为远的快，近的慢，星体会在同一时间回到原点，也就是奇点。

四、宇宙大爆炸理论面临的挑战

尽管宇宙大爆炸理论拥有数学模型和观察支持，但它并非完美无缺。起初，它面临两个主要缺陷。

一个是“时标问题”。根据哈勃的计算，宇宙的年龄大约为18亿年，而地质科学家发现地球的年龄超过了30亿年。

这是如何可能的？

后来，德国天文学家巴德使用更高精度的望远镜，发现造父变星实际上分为两类，一类热且明亮，一类较为暗淡，哈勃的计算误差在于未区分这两类。

重新校准后，星系与地球的距离增加了一倍，宇宙的年龄也相应增加了一倍。

后续的科学家们不断进行校准，确定宇宙的年龄应该在100亿至200亿年之间。

尽管误差巨大，但这个缺陷算是得到了解决。

另一个缺陷是“原子丰度”。

抱歉，当我读到这个词时，我也感到困惑，它听起来十分复杂。

实际上，原子丰度是指宇宙中各种原子的丰富程度。

例如，地心由铁原子组成，地球大气主要由氮原子和氧原子构成，而太阳则主要由氢原子和氦原子构成。

如果宇宙大爆炸产生了时空，那么各种原子的数量应该相当均衡。

但实际情况恰恰相反。

氢和氦两种原子在宇宙中的所有原子中占了99.9%。

这难道不不公平吗？

有了疑问，就会有科学家来解答。

这次是美国核物理学家乔治•伽莫夫。

他提出，宇宙初始是一锅“氢原子汤”，其他原子都是通过氢原子的核反应产生的。

这听起来简单，实际操作起来却困难重重。

他的理论同样以数学作为工具，计算出了从大爆炸至今，宇宙在任一时刻的温度和密度。

五、另一个重要的证据

这个证据非常著名，甚至在刘慈欣的《三体》中也有提及：宇宙微波背景辐射。

在大爆炸初期，宇宙充满了光。三十万年后，随着宇宙温度下降，一部分光便开始穿越宇宙向外辐射。

科学家们认为，这些光波辐射即使经过100多亿年也不会完全消失，这就是“宇宙微波背景辐射”，也是大爆炸理论最重要的证据之一。

然而，这种辐射极其微弱，只相当于零下260摄氏度的天体发出的热量。

按理说，找到这种辐射非常困难，但在一个偶然的机会，科学家们还真的发现了它。

贝尔实验室有一台高精度的射电天线，主要用于接收卫星信号。科学家们在检查天线性能时，发现无论指向何方，都能接收到一种微波噪音。

他们尝试各种方法排除干扰，包括重新检查、布线，清洁天线等，但始终无法消除这种噪音，因此得出结论：这种噪音就像背景音一样，是自然存在的。

很快，研究宇宙的科学家们给出了解释：这种无法消除的微波噪音，正是科学家们苦苦寻找的宇宙微波背景辐射！

六、霍金提出的宇宙大爆炸之外的模型

霍金本人是支持大爆炸理论的，并且与数学家罗杰•彭罗斯共同提出了“彭罗斯-霍金奇点定理”。

他们通过严谨的数学方法证明，如果广义相对论是正确的，并且宇宙中确实存在我们观测到的大量恒星和星系等物质，那么在很久以前，宇宙一定是从一个奇点开始的。

但霍金又引入了量子理论，提出了一个截然不同的无边界宇宙模型。

众所周知，物理学中最核心的两大理论，一个是宏观的相对论，另一个是微观的量子力学。

然而奇怪的是，这两大理论似乎各行其是，用相对论研究粒子，用量子理论研究天体，都是行不通的。

霍金则认为，在研究奇点时，必须结合相对论和量子力学。

根据广义相对论，宇宙只有两种可能，要么存在无限长的时间，要么以奇点为开端。但如果引入量子力学，就会出现一种新的可能：一个“有限无界”的宇宙。

什么意思呢，就是宇宙的时空是有限的，但没有边界。

就像地球，体积是固定的，但我们无论向何处走，都仍在地球上。

无边界宇宙模型中的宇宙，是一个时空交织的四维宇宙。

时间和空间的结构宛如一颗行星的外貌，广袤而有限，却无明显的边界，也未曾揭示过任何的奇点迹象。

这个宇宙独立自存，不倚赖任何外来因素，没有开始或结束，它仅仅只是存在，没有别的理由。

当然，这只是一种假说，当前被广泛接受的宇宙学模型仍是基于大爆炸理论。

七、几点思考

对于我们这些非科学家来说，不管是相对论，还是奇点理论，都更倾向于从哲学角度来感性理解，而非纯粹的科学理论；

真正的科学理论一定能够用数学方式表述，并敢于接受实践的检验和证明；

科学从不满足于现状，它虽然不能穷尽所有的真理，但每一次的探索都让我们对事物的理解更深入了一步；

我们尊崇科学，并不是盲目地崇拜每一个既定的公式或理论，而是保持一种谦逊和好奇的态度，持续向未知领域探索。

因此，相信我们身处的真实世界，充满了未知与奥秘，等待我们去发现。