千年以來，人類一直著迷于尋找宇宙是如何起源的答案，并提出了許許多多的觀點。到了上個世紀二十年代，年輕的科學家、天主教神父勒梅特在研究了愛因斯坦的引力理論后得出結(jié)論：宇宙正在膨脹。而膨脹的宇宙表明它始于一個更小、更熾熱的初始狀態(tài)，勒梅特將這個狀態(tài)稱作“宇宙蛋”或“原始原子”，但這些詞從未流行開來。1949年，天文學家霍伊爾做客BBC的時候，提出了“大爆炸”一詞，一下子吸引了所有人的注意，而霍伊爾本人實則是大爆炸理論的反對者。實際上，大爆炸描述的是空間的膨脹，并不是真正意義上的爆炸。那么爆炸和空間膨脹有何區(qū)別呢？1下面這張圖顯示了爆炸前后的情況：○ 大爆炸并不是一顆種子爆炸到一個預先存在的空間中。我們常說的爆炸是一種由種子內(nèi)部產(chǎn)生了巨大的熱量和壓力而產(chǎn)生的結(jié)果，它會讓一團滾燙的物質(zhì)爆炸到預先就存在的空間中。而宇宙大爆炸不是這樣的。首先，我們需要一片空間，在空間中有一顆種子，這顆種子可以是一顆炸彈，也可以是一顆恒星，又或者是其他可以儲存能量的東西。空間是預先存在的，種子也是。然后某些事件的發(fā)生觸發(fā)了種子的爆炸，它的內(nèi)部經(jīng)歷了某種形式的轉(zhuǎn)化，比如化學反應或核反應，讓能量被釋放出來。這種反應會讓種子內(nèi)部產(chǎn)生巨大的熱量和壓力，與被壓縮的熱量和壓力有關(guān)的力會使種子的內(nèi)部像一個滾燙的球那樣向外膨脹。能量從種子的內(nèi)部以高速、高溫的形式釋放出來，隨著種子的內(nèi)部向外膨脹到預先存在的空間，壓力和溫度也隨之逐漸下降。爆炸之所以發(fā)生，是因為在一個很小的區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生了巨大的熱量和壓力，種子內(nèi)部的巨大壓力和熱量與種子外部的低壓和溫度之間存在不平衡，從而導致了向外的爆炸。內(nèi)部的事物以非常高的速度遠離它們的初始位置。但是，它們離開起始點的速度不能大于光速，所以它們相互遠離的速度是有限的。2現(xiàn)在， 我們再來看看空間膨脹的過程（如下圖所描繪的）：○ 空間的膨脹可以用網(wǎng)格線之間距離的增長來描述。網(wǎng)格中的物體的大小保持不變，但它們之間的距離卻隨著空間的均勻膨脹而增大。在適當?shù)臈l件下，這種類型的膨脹既可以發(fā)生在熱的宇宙中，也可以發(fā)生在冷的宇宙中，而且速度非常快。與左邊的圖片相比，我們可以清晰地看到右圖所示的空間擴大了。空間中的所有物體都是由更為強大的力量結(jié)合在一起的，因此物體并不會隨著空間的增長而膨脹，膨脹的只有它們所在的空間。空間中的物體本質(zhì)上并沒有移動，也不存在什么能將它們推向任何其他地方的熱量和壓力。它們之間和周圍的空間在不斷擴大，使得它們之間的距離比之前更大。這種增長是均勻的，或者說這是一種均勻膨脹。比如在右側(cè)的圖中，貓和桌子之間的距離增加了一倍，貓和椅子之間的距離也是如此。當宇宙的大小翻倍時，就會出現(xiàn)這樣的情況。3在牛頓的引力理論中，我們不會討論這種空間本身的變化；但愛因斯坦的廣義相對論是允許這種變化的。根據(jù)愛因斯坦的理論，空間不僅僅是一個為事物發(fā)生提供場所的存在，而且它本身就是一種事物——它能生長、收縮、變形、擺動、改變形狀。與爆炸不同的是，由于是空間在膨脹，而不是物體在移動，因此愛因斯坦的相對論對物體之間的距離增長速度沒有設(shè)任何限制。兩個物體之間的距離的增長速度可以高于光速——這與相對論并不相矛盾。另外非常重要的一點是，空間膨脹的原因不一定與熱或壓力有關(guān)，這一點也與爆炸不同。比如在第二幅圖中，爆炸會破壞或摧毀這些物體，而膨脹可以讓它們?nèi)匀痪S持原樣，只是離得越來越遠。膨脹可以發(fā)生在一個非常熱的宇宙中，如在早期宇宙的熱大爆炸時期；也可以發(fā)生在一個非常寒冷的宇宙中。今天，我們的宇宙已經(jīng)變得非常冷，而我們也知道，宇宙不僅在膨脹，而且還在加速膨脹——其幕后推手被稱為“暗能量”。此外，傳統(tǒng)的大爆炸理論并不能解釋所有的天文學觀測，比如視界問題和平坦性問題。1981年，為了解釋這些問題，物理學家古斯提出，宇宙在誕生不久后應該經(jīng)歷了一次極其快速的膨脹，這個時期被稱為暴脹時期。無論是關(guān)于暴脹，還是暗能量，還有太多的謎題等待著我們?nèi)ソ议_。參考鏈接：https://profmattstrassler.com/articles-and-posts/relativity-space-astronomy-and-cosmology/history-of-the-universe/big-bang-expansion-not-explosion/文章來源：原理IEEE Spectrum《科技縱覽》官方微信公眾平臺往期推薦宇宙中的場迄今最詳細宇宙模型建成關(guān)于生命、宇宙和萬事萬物的42個終極問題 查看全文
