任何宇宙演化理论的目的，都是试图寻找尽可能简洁的宇宙诞生时的初始条件。当我们将已知的相互作用力置于这些初始条件之上时，世界上一切复杂现象就可以统统冒出来。
——乔治•勒梅特
每当牵涉到宇宙的话题时，我们的第一反应总是觉得好神奇，但又觉得离我们好遥远。其实，我们跟宇宙之间有着千丝万缕的联系，只是你没注意到而已。我简单举两个例子：
在20世纪早期，哈勃和赫马森发现了其它的星系正在远离银河系。之后更多的证据指出每个星系都在相互远离，意味着整个宇宙都是在膨胀的。如果是这样，那么在过去，宇宙应该更小、更热以及更致密。这个简单的描述也就是宇宙大爆炸模型，在过去的几十年内该理论与天文观测都相当符合，于是在众多宇宙模型中脱颖而出，被科学家接受。那么“大爆炸”到底都在讲些什么？
1. 第一个用科学解释宇宙起源的科学家之一是一位天主教神父
图片来源： Sandbox Studio
1923年，乔治•勒梅特被任命为天主教牧师。除了拥有宗教信仰，他还专注于科学。1923年10月到1924年7月，勒梅特在剑桥做爱丁顿的研究生。梅勒特在剑桥交流的时间把精力投入到了学习广义相对论中。1927年，关于爱因斯坦理论预言的简单宇宙，勒梅特做出了最透彻的研究工作。当时他发表了一篇重要的论文，第一次把爱因斯坦方程组的膨胀宇宙解及其物理解释，同遥远星光由于多普勒效应而产生红移的计算结合了起来。1933年4月勒梅特在卡皮查俱乐部作了一次演讲，题目为“起源的假设”，他的宇宙观点是，宇宙是在一次“大爆炸”中，由爆炸的放射性超级原子演变而来的。
也有人认为勒梅特被自己的宗教观念左右，所以才偏好有开端的宇宙。但实际上并不是，勒梅特把科学和宗教分得很清楚，将它们看做不相关也不矛盾的事情。
他个人更喜欢用“宇宙蛋”和“太古原子”来比喻宇宙的起源，但是从来没有流行开来，这很糟，因为.......
2. 似乎没有人喜欢“大爆炸”这个名字
1948年以后，对大爆炸模型的关注才逐渐多了起来。“大爆炸”这个名字其实是另一个天文学家霍伊尔1949年一次做客BBC讲宇宙学提出的，他是大爆炸理论的反对者。
他提出这个名字瞬间就引起了注意，并一直沿用到了现在。
注：1948年，霍伊尔、邦迪和戈尔德提出了恒稳态宇宙模型，他们认为宇宙是亘古不变的。从大体上看都是一样的，局部上可以存在一些小变化，不断有恒星和行星在形成。然而宇宙所有的总体性质平均而言，在任何时刻都是不变的。
3. 大爆炸是在各处同时发生的
宇宙并没有中心，也没有边缘，它的每一个部分都在膨胀。这意味着，如果我们把时间往回拨，我们就可以知道万物是在什么时候开始诞生的，那就是138亿年以前。但是，当我们知道宇宙有一个开始的时候，我们很难不去想象它是从某个特殊的点开始的。而结论却是反直觉的：宇宙并不是从一个点开始的，而是在各处同时发生的。
查看完整的讨论：《宇宙大爆炸是从哪里开始的？》
4. 大爆炸理论或许不能描述万物真正的开始
“大爆炸”理论通常指的是宇宙的膨胀以及早期炽热的宇宙。但是，有时候科学家甚至用它来描述当万物都被集中在一个点的那个时刻，那一刻被称为初始奇点。问题是我们并没有观测或理论来描述初始奇点。初始奇点是我们所观测的宇宙的开端，但或许在这之前还有别的事情发生。
但是困难在于，在奇点后，宇宙急速的膨胀（称为暴涨时期）以及在早期非常炽热的状态下磨灭了在大爆炸之前有可能发生的所有历史。物理学家还在努力的思考新的方法来寻找来自早期宇宙的信号，尽管目前没有找到任何迹象但我们还不能够排除这样的可能性。
5. 大爆炸理论解释了宇宙中的所有氢和氦是怎么诞生的
1948年，伽莫夫证明宇宙的膨胀进行了大约100秒时，质子和种子就开始相互结合形成
氘核。之后阿尔珀和赫尔曼发展了该想法，并计算了宇宙的温度和密度随时间变化的规律。他们证明，如果宇宙膨胀的过程是各项同性而均匀的，那么从起初的炽热状态开始，用物质密度除以辐射温度的立方，得到的比始终是个常数。通过计算，他们推导出如今的宇宙应该存在高温辐射遗留下的痕迹，温度为5开尔文左右。这是历史上最重要的科学预言之一。
1965年，彭齐亚斯和威尔逊，两个顶级无线电工程师，发现了来自宇宙大爆炸的辐射痕迹——微波背景辐射。正是宇宙微波背景辐射的发现，使大爆炸理论成为了描述宇宙最好的理论，也为霍伊尔提出的恒稳态宇宙理论敲响了丧钟。
有趣的是，在热大爆炸宇宙学中，霍伊尔也扮演了关键角色。利用核物理学方面的专业知识，霍伊尔比上述三位科学家走的更远。他预言了宇宙中最轻的几个化学元素的丰度，这些元素应该在大爆炸后的最初几分钟内被制造出来。霍伊尔预言了不同的大爆炸宇宙模型中，轻元素的完整丰度分布图（而诸如氧、铁等重元素都是在恒星和超新星爆发中形成的）。
1953年，林忠四郎的一个关键小发现，为霍伊尔的预言填补了缺失的一环：当宇宙的年龄大约是一百秒时，温度降低到十亿度，核反应过程突然启动了。这个时候的中子数和质子数的比为1：7。绝大部分中子最终的归宿是形成氦-4原子核。最后，宇宙之中的物质组成是23%为氦-4，氢为77%，其余的为氘、氦-3和锂-7。今天，观测完美地证实了理论预言。
大爆炸理论是现代宇宙学的基石，但是这并不是全部的故事。科学家不断地在提出各种不同的模型来解释越来越多的无法理解的天文现象。例如，大爆炸理论并没有解释暗物质和暗能量，而这两者却占据了宇宙总能量和质量的
~95%。
我们对宇宙的观点，跟宇宙自身一样，随着越来越多的新发现也在不断地演化。
发表于 2017-7-9 02:45
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