根据爱因斯坦的广义相对论和爱德温·哈勃的观测,宇宙正在膨胀已经是无可否认的事实。大爆炸宇宙论也是由此产生的,人们目前正在逐步揭开宇宙起源的真相。
1915年,爱因斯坦发表了一个全新的物理法则“广义相对论”。牛顿力学在速度接近光速或重力极强的环境下是无法成立的,因此广义相对论对于解释宇宙运动而言是必需的。然而,如果将广义相对论直接套用在整个宇宙身上,我们又会得出宇宙时而在膨胀、时而在收缩的奇怪结论。也因此,爱因斯坦自己也没能接受宇宙的膨胀与收缩的理论。直到1929年,爱德温·哈勃找到了宇宙正在膨胀的证据,“离我们越远的星系便越以极快的速度在离我们远去”。
那么,如果宇宙正在膨胀的话,就证明在太古时代整个宇宙曾经集于一点,之后宇宙从这一点爆炸,最后膨胀成如今的形态。
这一理论是由乔治·伽莫夫等人提出的,但弗雷德·霍伊尔并不接受这种观点。霍伊尔认为宇宙的每一个角落都有新物质在产生,使得宇宙看起来仿佛在膨胀。然而讽刺的是,霍伊尔嘲讽伽莫夫的理论是“宇宙诞生于大爆炸(Big Bang)之中”,这最终成了“大爆炸宇宙论”之名的由来。1964年,人们观测到了宇宙背景辐射(宇宙极热且充满光线的时代的遗留物),大爆炸宇宙论也由此占据了统治地位。
宇宙探测器WMAP(1)发现,随着宇宙的急速膨胀,在137亿年前发生了大爆炸。宇宙的急速膨胀如今已经减缓,但缓慢的膨胀仍在持续,而且研究已经发现宇宙的膨胀正在一点一点地加速。
提供/NASA/WMAP Science Team(www.xing528.com)
(1) 全称为“Wilkinson Microwave Anisotropy Probe”,即“威尔金森微波各向异性探测器”。WMAP的目标是找出宇宙微波背景辐射的温度之间的微小差异,以帮助测试有关宇宙产生的各种理论。
星系与星系之间的宇宙空间同时膨胀的话,以某一星系为中心进行观测,就会发现距离越遥远的星系会以越快的速度远离自己。
大爆炸宇宙论成为定论后,又带来了两个问题。其一是“宇宙会继续膨胀吗?还是会在膨胀后开始收缩?”人们过去认为这要取决于重力相对于膨胀起到了多大的遏制作用。但一份1998年公布的观测结果却显示宇宙的膨胀不仅没有减慢,反而正在加速。第二个问题则是“大爆炸究竟是在什么时候发生的?”一直以来,科学家们对此议论纷纷、各执己见。根据宇宙探测器WMAP2003年对宇宙背景辐射的精确观测,大爆炸大约是在137亿年前发生的。宇宙中没有任何物体的运动速度比光更快,而距离我们最为遥远的、137亿光年之外的星系正以接近光速的速度远离我们,因此,我们所能观测到的最遥远的距离便是137亿光年。但目前普遍认为宇宙的膨胀已经超出了这一范围。
光经过了多久的旅途,就证明它来自多么古老的天体。如今,天文学家们正在努力寻找宇宙诞生后10亿年之内诞生的古老天体。照片为哈勃空间望远镜捕捉到的古老星系的合影,其中也包含宇宙诞生后8亿年产生的星系。
提供/NASA, ESA, S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team
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