宇宙大爆炸不存在？那一切从何而来？
中科院物理所
[color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]2022-08-29 21:32 [color=rgba(0, 0, 0, 0.3)]Posted on 北京
The following article is from 牧夫天文 Author imufu
原作：Brian Koberlein 翻译：李晓川 校译：何永强 曹雷 涂天宇 编排：王招君 后台：胡永葳 李子琦 李鸣晨 原文链接： https://www.universetoday.com/157264/the-latest-webb-observations-dont-disprove-the-big-bang-but-they-are-interesting/#more-157264
重要的事先说：宇宙大爆炸理论没有被推翻。詹姆斯·韦布望远镜近期的观测结果并没有否定大爆炸理论，这与一些流行文章声称的结论并不一致。
不过最新的观测数据，也揭开了宇宙奇异而出人意料的一面，如果你想了解更多，那就读下去吧～
图解λCBR宇宙，从宇宙大爆炸至今的膨胀过程 图源：Alex Mittelmann/Coldcreation
我们先来看一下谣言从何而来。韦布的最新观测数据是如何被认为可以否定宇宙大爆炸？
其实早在数年前，哈勃望远镜就给出了相同类型的数据。我们通常认为，大爆炸理论的证据总是围绕着以下两个事实：第一，越远的星系红移越高。第二，宇宙充满了宇宙微波背景辐射。前者表明宇宙正在不断膨胀，后者则表明早期宇宙曾处于一个温度极高、密度极大的状态中。这二者是支持大爆炸理论的“三大支柱”其中的两个，另一个“支柱”则是原始宇宙的元素相对丰度。
然而，这些观测发现只是大爆炸模型的基础，我们由此创建了标准化的宇宙学模型——LCDM模型，那是一个由爆炸开启的宇宙，充斥着物质、暗物质以及暗能量。从宇宙膨胀加速，到星系汇聚形成，一切都符合这个模型。该模型也对其他观测试验做出了预测，由此我们得以进一步验证其真实性。于是就出现了那些谣言。
图示韦布与哈勃可观测距离对比，左哈勃右韦布 图源：NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)
上文提到的观测试验之一，就是托曼表面亮度试验。该试验于20世纪30年代由托曼提出，将星系的视亮度和视直径进行比较，亮度和尺寸的比值即为表面亮度。通常，星系越大，就越亮，所以各个星系的表面亮度应该大致相同。较远处的星系更暗，视直径也更小，所以表面亮度值应该还是近似的。托曼试验表明，在一个不膨胀的静态宇宙中，所有星系的表面亮度都是一样的，与观测距离无关。
然而，事实相反。我们观测到的是：较远星系的表面亮度低于较近星系的，而亮度值的降低和红移数值是成比例的。或许你认为，这证实了那些遥远星系都在加速驶离我们，但并不是。如果是那样的话，红移以及不断增加的距离会产生叠加变暗效应。托曼试验认为，在膨胀宇宙中，表面亮度会同时与红移和距离成反比，而我们只观测到红移的效果。
有人利用这一发现提出了静态宇宙论——光会自发地随时间消逝而损耗能量，这就是所谓的疲劳光假说。这一理论饱受大爆炸理论反对者的喜爱。如果宇宙是静态的，光会自发耗能，那么托曼试验所展示的就是我们观测到的事实：大爆炸不存在。
宇宙微波背景辐射图示，否认了疲劳光假说 图源：Ned Wright
Eric Lerner就是一名大爆炸理论的批评者，他曾出版了一本颇受欢迎的书《大爆炸从未发生》。时间回到2014年，Eric Lerner等人发表了一篇论文阐述前述观点，引发了大众媒体上一系列关于大爆炸没有发生的文章，而最近流行的所谓韦布望远镜终结大爆炸理论的文章也是出自他之手。2014年，哈勃望远镜的观测数据符合Lerner的观点，当前最新的韦布数据也是一样。然而，Lerner闭口不谈的却是哈勃和韦布的数据也同样支持LCDM模型。 说红移现象证实了星系正加速驶离我们，这是个典型错误。遥远的星系并没有在宇宙中加速驶离，是宇宙本身的空间在膨胀，让星系之间的距离更大、更明显。这两个概念之间有着微妙的区别，意味着星系红移是由宇宙膨胀产生，而不是相对速度。这也表明遥远的星系看上去比静态宇宙中的更大一些。这些星系实际上又遥远又小，但空间的膨胀造成了变大的错觉。所以，表面亮度只会与红移成反比。
宇宙红移并不是由多普勒效应引起 图源：NASA, ESA, Leah Hustak(STScl)
当然了，我们知道“疲劳光假说”是错误的，那是因为宇宙微波背景。在一个静态的疲劳光宇宙中，大爆炸初期的“原始火球”（大爆炸假说的模型之一）是不会有任何热量残留的。遥远星系会显得模糊（事实证明并不会这样）；远处的超新星不会因为宇宙膨胀的原因而要较晚才能观测到（事实也并非如此）。唯一能够符合全部观测证据的模型，就是大爆炸，于是Lerner的理论被早早推翻了。
回到现在，韦布望远镜确实观测到一些不同寻常的现象。其中最具意义的，是我们发现了更多意料之外的星系和遥远星系。这将在现有模型的基础上，引领我们去往革命性的变化。当前的理解是，在大爆炸之后，宇宙进入了一个“黑暗时代”，期间，宇宙的最后一束光也湮灭了，而那时最初的恒星和星系还没形成。韦布望远镜的精度惊人，可以观测到某些在“黑暗时代”刚刚结束便形成的初代星系。大家都以为初代星系的数量更少，也不如后续星系发展成熟，然而韦布望远镜的观测却发现了红移很高的那些初代星系非但数量不少，而且相当成熟。
这便是天文学家盼望着的数据，谜团重重又出人意料。也正是因此，我们一开始便想建成韦布望远镜。到这里，一切明了，大爆炸理论并没有错，但是我们关于大爆炸的假设却可能并非事实。
责任编辑：黄婧 牧夫新媒体编辑部
IC 5146：茧星云 图片来源：NASA
来源：牧夫天文
编辑：荔枝果冻
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发表于 2022-9-1 00:28
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