很多人都说我们的宇宙开始于一次大爆炸,但我们怎么可能知道137亿年前发生的事情?那时候甚至都还没有地球!
如果宇宙开始于一次剧烈的大爆炸,现在还能找到大爆炸的证据吗?证据可能来自大爆炸产生的能量,这些能量我们至今还能探测到。另外,由于星光在宇宙中已经传播了几百万年,我们观测星空就像时间倒流。这些光能告诉我们大爆炸后的宇宙是什么样子的。通过观察星系是如何远离我们,我们可以追踪他们来自哪里。这能证明宇宙开始于一个点吗?
最后,我们如何确切知道宇宙大爆炸真的发生过呢?
这是人类一直探索的古老问题。历史上不同的人从哲学、诗歌、数学和物理等各个方面来回答这个问题。
大多数科学家认为,我们周围的一切都始于137亿年前称之为“宇宙大爆炸”的时刻。但我们怎样才能找到证据,证明一件很久以前的事情?
从运动中的星系到古老的星云,我们今天依然能看到宇宙大爆炸的遗迹,这些遗迹清晰的展现了宇宙的起源。
仰望星空的时候,我们能看到的星星都属于我们自己的星系——银河系。但这其中也有些模糊的斑点,它们是跟银河系相似的邻近星系,但离我们更遥远。
几乎所有星系都在远离我们,其中一些甚至以每秒几十万公里的速度远离我们。
如果大多数星系都在远离我们,这就意味着宇宙在膨胀。如果宇宙在膨胀,那么过去的宇宙一定要比现在小得多。如果追溯到足够遥远的过去,会发现在一个时刻,宇宙中所有的物质都被挤成一个点,只能向外扩张。这个瞬间就是宇宙大爆炸。
判断一个星系是否正在远离我们的方法,跟我们听到警车驶向远方的感觉相似。如果警车鸣着警笛驶向远方,警笛的音调听起来比实际更低,因为声波被拉长了。光也是一种波,所以快速移动的星系也会产生相同的效应。如果星系正向远方运动,光波就会被拉长。波长越长,使星系看起来变得更红。星系远离的速度越快,看起来就越红。
肉眼看不到大爆炸的遗迹,但望远镜能。肉眼只能看到宇宙光线中的一小部分。但除可见光外,还有很多其他不可见的光,如X射线、红外线、紫外线、无线电波、微波。它们比可见光的波长更短或者更长。
大爆炸之后,宇宙中充满了光线,但随着宇宙的膨胀,这些光线逐渐被拉伸成波长更长的微波。
因此,射电望远镜(观测宇宙微波辐射的望远镜)就可以看到来自宇宙初生时的古老光线。而且,射电望远镜的观测不需要太阳光照,可以实现全天观测天空,并发现天空中时刻充满一种辐射,即宇宙微波背景辐射。
星星发出的光具有不同的亮度,但天空中任何一点的宇宙微波背景辐射都是一样的,而且不会受观测位置的影响。
仰望星空就如同回顾时间的长河。这是因为距离远的物体发出的光需要很长时间才能到达地球。如果一个物体距离我们一百万光年,我们现在看到的实际是上是一百万年前的它。
现代天文望远镜很强大,能够帮我们看到几十亿光年以外的物体,这些光发出的时间就非常接近宇宙大爆炸。
如果宇宙大爆炸真的发生过,我们就应该能看到还没有变成恒星和星系的星云。
天文学家最近已经在宇宙深处发现了这样的星云。其中一些星云的年龄约是一百二十亿或一百三十亿年。尽管这一距离遥远得难以想象,但仍可以通过光谱技术分析它们的组成。
正如大爆炸理论预想的那样,这些古老星云的组成物质跟现代宇宙很不一样。现代宇宙中的大多数化学元素都是在恒星内部产生的。因为星云是恒星诞生之前的状态,还没有恒星内部产生的元素,所以星云几乎全是由最基础的元素(氢和氦)组成的。
这个问题依然困扰着科学家。下面这些理论可能是答案么?
每个黑洞都会吸收物质,也许会有一个相反的白洞在另外一个宇宙中释放物质,形成宇宙大爆炸。
宇宙也许会降低它的膨胀速度,甚至由于引力而向内塌缩。如此一来会形成一次大碰撞,而大碰撞又引发大爆炸。
在无边的多元宇宙中,我们的宇宙也许诞生自一个充满能量的气泡,气泡爆炸导致宇宙大爆炸并且产生更多气泡。
宇宙大爆炸是自然而然发生的,没有为什么。宇宙大爆炸是时间的开端,时间开端之前什么也没有,就像并不存在比北极点更北的地点。