探索宇宙的起源

我們所在的世界從何而來?這也許是人類最古老的問題。無論是宗教、哲學(xué)還是科學(xué)，都試圖回答這個問題。在知識蒙昧的時代，人們把世界的創(chuàng)生歸結(jié)為神的創(chuàng)造。而今天，科學(xué)已成為主流文化，人們擺脫了超自然的思維方式，轉(zhuǎn)而以科學(xué)的方法探索宇宙起源的問題。正如愛因斯坦在《物理學(xué)的進(jìn)化》一書中所做的比喻一樣，用科學(xué)的方法探索宇宙的起源，就如同進(jìn)行推理探案，這是一個驚險而新奇的過程。

宇宙大爆炸

現(xiàn)在科學(xué)界所公認(rèn)的宇宙起源理論，當(dāng)然是“大爆炸理論”。這個理論本身就是科學(xué)推理的一個結(jié)果。由于這個理論得到了許多天文學(xué)觀測結(jié)果的支持，因而現(xiàn)在成為宇宙起源的主流思想。那么，這個理論到底說的是什么呢?

所謂大爆炸理論，就是認(rèn)為宇宙起源于一次“大爆炸”。這只是一個形象的說法，并不同于我們通常意義上理解的爆炸。宇宙大爆炸理論有一個基本的出發(fā)點，那就是相信宇宙在不斷地演化，而且具有一個起點。那么，這個起點是什么樣子的呢?

在宇宙的起點，也可以說是宇宙的零點，此時的宇宙沒有時間，沒有空間，沒有任何現(xiàn)在能看到的天體，只是一種溫度和密度都無限高的真空狀態(tài)。這就是宇宙的起點。那么有人會問，在這之前，宇宙是什么狀態(tài)呢?我們現(xiàn)在只能說，因為沒有時間，所以不存在“之前”的概念，因而不存在這個問題。那么，時間是怎么產(chǎn)生的呢?時間是隨著宇宙爆炸而產(chǎn)生的。宇宙從這個起點開始，一瞬間就發(fā)生了急劇的暴漲。就是這個暴漲產(chǎn)生了時間、空間和物質(zhì)。從這個暴漲開始，宇宙才逐漸演化，成其為今天人們看到的宇宙的樣子。

對于初次接觸大爆炸理論的人來說，有人也許會覺得荒誕不經(jīng)。人類千萬年以來，都生活在生機(jī)盎然的地球上，白天有輝煌的太陽，夜晚有璀璨的星辰，怎么能想到，這個看似妙趣橫生的世界，其誕生之初竟然是這么機(jī)械，這么了無趣味。科學(xué)所提供的這個宇宙誕生的圖像就是這樣。相對于“開天辟地”和“上帝創(chuàng)世”的神話傳說，宇宙大爆炸的過程顯得非常單調(diào)和乏味。那么，為什么這一理論成為科學(xué)界所公認(rèn)的理論呢。正如前文所說，因為它得到了科學(xué)觀測的支持。

科學(xué)證據(jù)何在?

1929年，美國天文學(xué)家哈勃提出了哈勃定律。根據(jù)長期的天文觀測，他發(fā)現(xiàn)，星系的紅移量與星系間的距離成正比。這就是哈勃定律。根據(jù)這一定律，人們可以推導(dǎo)出，所有的星系都在互相遠(yuǎn)離；而且，距離地球越遠(yuǎn)的星系運(yùn)動速度越快。這一發(fā)現(xiàn)在當(dāng)時就引起了轟動。也就是說，如果逆著時間把星系現(xiàn)在的運(yùn)動向前追溯，那么，在一百億和二百億年前之間的某一時刻，所有的星系似乎都應(yīng)該聚合在一起，而形成一個點，這就是宇宙的起點。

1962年，通過大量的觀測，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)在天空的各個方向上，都能夠均勻地探測到X射線。隨后，在1965年，人們又發(fā)現(xiàn)了來自太空的微波輻射，同樣是在天空各個方向上均勻分布的，而且不論在哪個方向上，其均勻程度都令人稱奇。這就是所謂的宇宙微波背景輻射。微波背景輻射無處不在。在生活中，我們都有這樣的經(jīng)驗：如果沒有電視信號，就會在電視屏幕上看到雪花般閃爍的圖像。造成這種圖像的部分原因就是無處不在的微波背景輻射。

微波背景輻射是20世紀(jì)天文學(xué)最重大的發(fā)現(xiàn)之一。而更令人稱奇的是，早在之前的20世紀(jì)40年代，宇宙微波背景輻射居然已經(jīng)被俄裔美籍物理學(xué)家伽莫夫所預(yù)言，因為宇宙微波背景的存在是宇宙大爆炸理論的一個直接推論。這樣一來，由物理學(xué)家伽莫夫等人提出的宇宙大爆炸學(xué)說，就立刻成為科學(xué)界最關(guān)注的宇宙起源理論。

疑點重重

其實，早在1927年，比利時數(shù)學(xué)家勒梅特就提出類似的觀點。他認(rèn)為，最初宇宙的物質(zhì)集中在一個超原子的“宇宙蛋”里，經(jīng)過一次開天辟地般的大爆炸，宇宙中的物質(zhì)分裂成無數(shù)碎片，形成了今天的宇宙。這一原始的想法經(jīng)過不斷修正，形成了今天的大爆炸理論。而伽莫夫的貢獻(xiàn)在于，他描畫了宇宙爆炸之后的整個演化過程，即宇宙后來形成各種星球和星系的整個過程。

在宇宙起源問題上，愛因斯坦也作出了很大的貢獻(xiàn)。他根據(jù)自己的理論提出了宇宙方程式。這個方程式表述了這樣一幅宇宙演化的圖像：宇宙是從由微觀粒子構(gòu)成的高溫高密度均勻氣體演化而來的，現(xiàn)在的宇宙當(dāng)中的物質(zhì)形態(tài)和天體結(jié)構(gòu)都是演化的產(chǎn)物。愛因斯坦用物理學(xué)推進(jìn)了普通大眾對宇宙的認(rèn)識。但是有一點不能不提，在這個宇宙大爆炸的那個時刻，由于宇宙所處的特殊狀態(tài)，人們現(xiàn)在所掌握的所有物理定律在這種條件下都失效了。那是一個什么狀態(tài)呢，現(xiàn)在還沒有答案。

關(guān)于宇宙大爆炸，人們所能知道的就是：宇宙在急速膨脹的同時，溫度在不斷降低，由于溫度降低，宇宙的狀態(tài)發(fā)生了變化，從誕生最初的第1秒到100秒的時間內(nèi)，宇宙產(chǎn)生了基本的原子核，即氫核與氦核，然后再繼續(xù)進(jìn)行輕核的合成。當(dāng)然，這些都只是科學(xué)的推斷。事實上，大爆炸理論從產(chǎn)生之初，就一直接受各種質(zhì)疑，至今未休。宇宙大爆炸理論面臨的難題還有，如果宇宙無限膨脹下去，最后的結(jié)局如何呢?這個問題和宇宙起源的問題一樣，也是科學(xué)的終極難題。

【責(zé)任編輯】李 金