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在未来,大爆炸理论有没有可能被推翻,或证明是错误的?
宇宙模型的确立我们以前听说过,宇宙是从一个奇点开始的,但是我们根本无法定义这个奇点到底是个什么东西,是一个密度无限大、体积无限小的点?很明显这是一个让人无法理解的描述。
因此,我们后来将宇宙的起源描述为从一个炙热的、稠密的、膨胀的状态开始的,从那以后宇宙一直在冷却。
导致这样的描述的原因是因为一个重要的观察结果和一个关键的理论发展,
在观测方面,人们在20世纪20年代注意到天空中那些模糊的螺旋状星云其实是宇宙中独立的星系,并且正以惊人的速度远离地球,它们距离我们越远,平均而言远离我们的速度更快。
大约在同一时间,爱因斯坦也发表了他的广义相对论,并且在1919年的一次日全食中,人们通过观察光线在引力作用下的弯曲,证实了理论的正确性。
广义相对论禁止一个静态的宇宙存在,空间本身要么收缩、要么在膨胀。
通过将观测结果与最佳、最成功的理论预测相结合,我们得出了一个无法避免的新结论:宇宙本身的结构正在膨胀,而造成光线明显红移衰退的原因是,来自遥远光源的光线被空间本身的膨胀拉长了。
但是,对宇宙膨胀的观测和理论的结合本身并没有使大爆炸成为一种必然。
更确切地说,大爆炸理论只是当时许多前沿的新假设之一,其他的宇宙模型还有疲劳光假说、稳态模型和等离子宇宙学/电性宇宙模型。
当时这些宇宙模型各有各的说法和优势,但是使得大爆炸理论成功的原因是它独特而又惊人的预测,大爆炸模型预测:
宇宙空间曾经如此的炙热和稠密,高能辐射导致了原子核都无法形成!随着宇宙的冷却,在空间中经历了类似于恒星中的核合成时期,并且非常具体的预测了轻元素,包括氘、氦-3、氦-4和锂的数量,这些元素的含量在宇宙中第一批恒星形成之前是不会发生变化的。
宇宙经历了核合成以后,接着就会冷却到一个中性原子可以稳定形成的状态,并且宇宙开始对当时存在的所有的辐射变得透明。
宇宙的膨胀会导致这些辐射的波长被拉长,从而冷却,这就是大爆炸留下的余晖,今天这些余晖的温度之比绝对零度高高几度,而且符合黑体辐射。
此外,大爆炸还宇宙的恒星、星系和星系团这些结构,会随着时间的推移逐渐演化成长。
如果我们在宇宙中看的越远,我们就能看到宇宙中星系早期的样子,也就是它们的婴儿时期。
对宇宙大爆炸留下的余晖的发现,在20世纪60年代这个充满全天空的辐射被发现时称为原始火球,今天我们称其为宇宙微波背景辐射,证明了宇宙大爆炸模型的正确性,并且否定了其他可能的宇宙模型。
大爆炸模型存在的问题大爆炸理论的成功并不一定就意味着我们的宇宙就要以这种方式展开,也就是说,大爆炸理论并不是解释一切的最终答案。这只是人类认识宇宙旅途中的第一步,它成功而又明确的解释了当今宇宙中我们所看到的许多特性,但是除了大爆炸理论本身所能解释的问题以外,我们发现了更多的问题需要解释,包括:
宇宙中结构的种子,也就是产生恒星、星系、星系团的高密度区域是从何而来的?(宇宙暴涨)
为什么宇宙空间在各个方向上的温度、密度和性质是一样的?(宇宙暴涨)
为什么宇宙的空间曲率是完全平坦的、而不是正弯曲或者是负弯曲?(宇宙暴涨)
为什么宇宙的膨胀率会随着时间而发生变化?(暗能量问题)
为什么今天的宇宙中没有留下磁单极子这样的超高能量的遗迹呢?(宇宙暴涨)
为什么宇宙中结构的形成表明,物种中有一大部分的物质似乎不与辐射发生相互作用?(暗物质问题)
以上的所有问题就是大爆炸理论在被提出以后,人们发现这个理论无法解释的问题,所以我们一直在对大爆炸模型进行改进,包括,我们提出了在大爆炸的热状态之前宇宙还存在一个暴涨阶段,证实这个阶段的存在传召了热大爆炸的状态,是它导致了空间呈指数膨胀,造成我们现在看到的宇宙空间曲率和平坦无法区分,是它导致了宇宙空间的各项同性,是它导致了宇宙早期的高能奇异粒子被稀释到了我们今天无法发现的程度。
并且我们提出了暗物质的存在来解决宇宙物质质量的确实问题,提出了暗能量来解释宇宙膨胀率的变化问题,不过它们的性质仍有待确定。
除了已经提出理论解决有待确定的问题以外,我们还需要提出新的理论和物理学来解释中微子质量的问题,以及宇宙为什么更加偏爱物质而不是反物质。
科学理论的发展以及大爆炸理论的未来大爆炸虽说是我们解释宇宙最好的理论,但它不是一切问题的答案,我们还有更多的东西需要学习,虽然我们后来提出的很多理论取代了大爆炸原有的解释,例如:大爆炸认为宇宙最初是一个奇点,宇宙也来自于奇点大爆炸,但这已经是一个过时的说法了,我们现在认为宇宙来自于暴涨,宇宙中从来没有过奇点这种我们无法理解的东西。
但是没有一个理论使得大爆炸理论失效,都是对大爆炸的补充!这其实就跟广义相对论提出以后,牛顿的理论并没有被彻底的否定,而是牛顿的理论有一定的适用范围,包括:低速环境和弱引力场环境。
大爆炸理论也有它的有效适用范围,它只能解释宇宙138亿年的事,在这之前无法解释。
值得注意的是,所有的科学理论都是如此!进化论解释了今天地球上生命的多样性,以及生物进化的机制,但它并不能解释生命的起源。
引力理论解释了物质和能量体验的引力方式,以及它如何影响空间和时间,但它没有解释空间和时间本身的性质。
每一种理论都有一定的有效性,除此之外,我们还需要有更好的科学理论,进一步扩展其有效性的范围。
一个简单的观察可能会改变我们认为我们知道的一切,如果新的数据与我们的理论预测相矛盾,我们最神圣的结论和理论可能会被证伪。
但它不会使我们已知的理论失效;新的理论只会提供一个更好的方法来更好地理解我们周围的宇宙。
所以我相信在未来,大爆炸理论很有可能被别的更好的理论所替代或者继续的补充完善,但不会被证实我们之前的理解是错误的,也不会被彻底的抛弃或者推翻。
宇宙论或会被改写!64亿公里外的太空,出现远超人类想象的景象
地球身处在浩瀚无垠的宇宙中,与宇宙比起来,地球就好像沙滩上的一粒沙砾,十分的渺小。
而身处在地球之上的我们就更加的不起眼了,不过也正是由于宇宙的庞大,我们才对宇宙内部隐藏的秘密感到好奇。
随着我们对宇宙不断地展开 探索 ,就越是发现一些让我们感到惊讶或是出乎我们意料的事,这也导致我们对 探索 宇宙更加感兴趣。
为了解答这些疑惑也为了我们更清楚的了解宇宙的构造,我们在工业革命之后,前前后后的不断地发射了一些 卫星 ,来帮助我们 探索 那些未知的行星附近都有着什么,长什么样子。
这种行星有很多,例如” 探索 者一号 ”与“ 探索 者二号 ”,都是帮助我们了解宇宙的第三只“眼睛”,能够帮助我们更好的观察宇宙,是我们观察宇宙的“左膀右臂”。
今天,我们要讲的是 “新视野号”探测器 。
这颗探测器是在2006年发射的,为了 探索冥王星和它的卫星——卡戎 ,找寻太阳系演化的蛛丝马迹。
它以公里/小时的速度在地球发射,是发射速度最快的一颗卫星 。
2015年7月14日,“新视野号”探测器成功飞越冥王星并拍下了冥王星的照片传回了地球,但可惜的是,由于技术有限, “新视野号”没有被设置返回地球的路线 ,因此它就像一支被高速射出的羽箭一样,没有回头路,只能不断往前。
在完成任务之后,“新视野号”不断地向前飞行,在2019年就经过了柯伊伯带的天体 Arrokoth ,并近距离观察了这颗处于太阳系最遥远地带的天体。
此时,“新视野号”已经和地球相距了约 64亿公里 的距离,在这个距离下,即使我们用光速行驶也需要花费数个小时,因此,与这个探测器保持通信对身处于地球上的我们来说是非常花费时间的事, 完成一次完整的来回通信需要花费约15个小时 。
但我们仍能和“新视野号”保持联系已经是一件非常有价值的事了。
虽然花费的时间较长,但我们仍能够接收到“新视野号”发送回来的照片。
通过这些照片,我们不仅可以看到在距离地球64亿公里的地方,我们回看地球,地球就好像一颗灰尘一样微小,还可以看到距离地球64亿公里外的宇宙是什么模样。
不过科学家们在看到被传送回的照片后,都被吓了一跳,因为照片里宇宙的模样和我们原本设想的宇宙模型有着很大的区别。
根据“新视野号”传回的照片来看,最明显的一点是 外太空比我们之前想的更加明亮。
在我们最初的设想中,外太空应该是一片黑暗,而在传回的照片上来看,外太空并非处于一片伸手不见五指的黑暗,而是 有着一些闪烁的光 ,并且这些光都是由一些我们从未了解过的发光物体散发出来的。
这些光是怎么出现的呢?这引起了科学家们的好奇,目前对于这种未知物质的解释层出不穷,但最为可信的有两种说法。
第一种说法是,一些科学家认为 有可能是在卫星的较远处有着一些未知星系或者星云的存在,导致在照片上有着闪烁的光点 。
此外,他们还认为也有可能是 星系中心黑洞产生的光 ,因为几乎在每一个星系的中心都有着黑洞,而且在黑洞的周围也会散发较为强烈的光。
第二种说法是, 外太空中存在着暗物质,而暗物质的活动导致了发光。
想理解这个说法,我们首先就要先讲一下什么是暗物质,暗物质是此前提出的一种无法被我们看到的物质, 它被认为是宇宙的主要组成部分,但又不属于任何一种构成天体的已知物质 。
虽然我们至今无法真正的看到它或者观察到它,只能通过一些方法侧面证明它的存在,但已经有了大部分的科学家认可了它的存在。
对于暗物质到底是由什么组成的,有两种热门说法, 一是弱相互作用有质量粒子,二是质量很轻的一种中性粒子——轴子。
无论是关于未知发光事物的两种解释,哪一种被人们证明正确,这种未知物质的发现都远远地超出了人们的想象,从这方面我们也能看出,我们对于宇宙的了解实在是太少了,我们甚至可以预见,在未来的研究中,我们还会不停的发现宇宙内其他的未知物质。
首先,张辰亮曾说过, 人们永远只能想象到存在的东西 ,意思就是无论我们的想象力再怎么发达,终究只是一个事物和另外的事物的拼接,并不能想象到从未见到过的事物模样。
因此,对于我们从来没有见到过的外太空,虽然我们有一些数据来辅助我们推测,但并不能保证一定正确。
其次,外太空对于我们来说,实在是过于陌生,我们对它的了解太少了, 并不能根据一些检测到的数据来进行真正的还原, 而我们发射探测器,也是有这个原因的一部分,就是进行 实地 探索,来证实我们根据数据建立的模型是否正确。
距离我们64亿公里的外太空,早就超过了我们的探查能力范围,出现了失误也是在所难免的,这种失误不值得我们去大惊小怪。
我们应该重视的是这次 探索 对于我们目前已知宇宙知识的影响和改变。
宇宙的概念在很久之前就已经存在了,不过 以前对宇宙的观察和研究是带有较为浓厚的宗教迷信色彩 ,而如今我们对于宇宙的研究进入到了 客观世界上 的研究,即 以客观角度去研究宇宙,通过物理、数学的推算和天文学的观察对宇宙的组成物质、形成 历史 以及在宇宙中的各类天体进行研究。
这些研究也取得了一定的成就,在天文学家们作出了有关宇宙本性的新发现后,人们最终确定了一种宇宙学理论—— 大爆炸理论 。
这种理论在证据方面以压倒性的优势胜过了其他种种理论,得到了大多数人的支持,并且一直延续使用到今天,可以说我们现在所有对于宇宙论和天体演化的研究都是在这个基础上进行的。
什么是大爆炸理论呢?
他认为宇宙的膨胀大约开始于200亿年之前,在爆炸后,宇宙开始膨胀。
而在宇宙膨胀的早期,科学家认为在这个时候宇宙中进行了一些 核反应 生成了氦元素,然后随着宇宙的膨胀,它的不规则性和各向异性慢慢消失了。
与此同时,根据我们学到的知识来看,膨胀中的宇宙就好比膨胀的气体,当气体的体积越大,温度就会越低,因此 随着宇宙膨胀的越来越大,它的温度就会变得越来越低。
当气温下降到一定程度的时候, 爆炸产生的尘埃就会缓慢地聚集在一起,从星云逐渐凝聚成最初的星系。
星系中是有着最初始的恒星的存在,但恒星的生命也有着尽头,当恒星衰老就会变成 超新星 然后爆炸死掉。
就这样经过几代恒星的更迭, 氧元素、铁元素、金元素 等逐渐形成,恒星碎裂形成的星云又产生其他的星球,经过这样缓慢的发展,最终宇宙成为我们现在看到的模样。
我们可以看到大爆炸宇宙论对我们观察宇宙是多么重要,但是新视野号传回的照片却对现在已经确立的大爆炸宇宙论产生了一定的影响。
因为我们在推测宇宙的范围和亮度时,是以大爆炸理论为基础进行推测的,而最终照片上显示出的结果无论是宇宙的范围还是亮度都是 最初猜想的两倍 还多,这证明这个理论还是有不足之处,并不是完全正确的,意味着我们目前确定的宇宙论很有可能会被改写。
如果最基础的理论被事实推翻,我们对于宇宙、天体的起源就要重头再来。这让很多人都不理解,为什么我们一定要付出这么多去研究宇宙呢?
首先,从哲学角度来看,牵扯到哲学最终极的三个问题,即 我是谁?我从哪来?我往哪去? 这三个问题虽然看似简单,但从来没有人给出一个中肯的答案。
当人类开始有意识的时候,这三个问题就一直困扰着我们,而许多哲学家思考了一生都未能解答出这三个问题的答案。
如果我们想要解答这三个问题,无论哪一个问题都需要我们先清楚宇宙的起源,如果是解答“我是谁?”我们就要先了解人类这一种族的出现是为了什么;
“从哪来?”就要研究地球等天体的形成,“往哪去?”就要研究生命的尽头,而当我们把时间从后向前推,一直推到时间的开始时,我们发现在 时间开始的最初时刻就是从宇宙的诞生开始的 ,因此当理解了宇宙诞生的目的时,对于我们解决这三个问题也会很有帮助。
而除了这种深奥的哲学原因之外,研究宇宙也有着一些现实性的原因。
例如, 可以帮助我们改善现有生活,帮助 科技 进步,造福民生,甚至发现一些外星生命或者与地球相似的有着美丽风景的宜居星球。
总之,研究宇宙的好处多多,并且对于我们全人类以后的生存和发展都有着极大的益处。
前进的道路是曲折的,虽然我们没有成功想象在64亿公里外太空的模样,但同时陌生物质的发现也昭示着我们对于宇宙的了解又更进一步。
要相信随着千千万万个“新视野号”的发射,人们对于宇宙的了解和 探索 将会一直持续,像未知发光物质这种类似的谜团将会不断地向我们抛出,而在解决谜团的路上,我们将会更加了解宇宙的一切,包括 暗物质以及宇宙、天体的起源 ,一直到我们彻底地了解了宇宙。
而我们也有理由相信我们能够实现这一切的发生,甚至我们可以合理想象在宇宙之外的地方还有着什么等我们在未来的某一天去 探索 。
为什么说宇宙大爆炸是谬论呢?
宇宙大爆炸理论不是谬论,虽然目前看来这还是一个假说而已。
这个理论认为我们的宇宙诞生于一场巨大的爆炸,暴涨始于一个奇点,然后宇宙急剧膨胀,直到今天宇宙也没有停止扩张。
早在爱因斯坦创立了相对论之后,他就发现引力场方程会带来一个动态的宇宙模型,可惜的是爱因斯坦一直以来都对宇宙不是永恒的这种说法嗤之以鼻,最后不得不想方设法给其方程加上一个宇宙常数,以确保宇宙是静态的。但是爱因斯坦晚年的时候却也承认,引入宇宙常数是他这一生犯过的最严重的错误,
所以爱因斯坦后来也明白了宇宙并不是永恒不变的。
实际上,早在1929年,美国的天文学家埃德温·哈勃就通过观察星系发现了宇宙中遥远的星系几乎都在远离地球,而且离得越远的离开地球的速度也就越快。
由于宇宙是各向同性的,所以无论距离我们多么远的地方,其星系的分布密度在大范围里是差不多的。
所以就可以引入一种说法:“宇宙是以地球为中心膨胀的。
”这种说法看起来是有问题的,因为我们不能确定地球就是宇宙的中心,但是在我们看来,宇宙的各个方向是没有区别的,所以把地球视为肉眼可见的宇宙中心并没有任何问题。
可是仔细想想如果宇宙真的是从一个奇点膨胀而来的,并且将地球视为膨胀中心的话,那么距离地球越远的星系其分布密度应该越来越低才行,但是事实并不是这样的,宇宙中的星系分布整体来看都是很均匀的。
这样一来,一个更加大胆的假设就出来了:在三维宇宙里不存在暴涨中心,我们的三维宇宙可以类比为一个气球的表面,在这个表面上,处处都是宇宙中心,物质的分布密度也不会有区别。
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