宇宙大爆炸是怎样发现的?
宇宙大爆炸在刚开始提出来的时候,就是一个笑话,科学界里面基本上是不承认这种说法的。认为宇宙是一个致密炽热的奇点,经过一次大爆炸之后膨胀形成的,宇宙基本上也是由热到冷的变化过程。
这个理论刚开始提出来的时候,根本就得不到科学界的普遍认可,但是后来有一位天文学家观测宇宙中的星系,有了新的发现,这位天文学家就是哈勃。
哈勃发现了星系的红移量与星系之间的距离成正比,这也是著名的哈勃定律。因为这不管从地球上的哪一个角度观测星系的红移量,都会出现相同的结论,这也就是说,离我们越远的天体,就会以越快的速度运行离开我们。
这就比较厉害了,因为当时科学界里面已经有了一个基本上的认识,那就是光速不变原理,认为任何的物体是不可能以超过光速的速度运行的,但按照哈勃的发现,只要天体的距离离我们足够远,就有可能会以接近光速的速度离开我们,这样也使得人们认为宇宙是有边缘的。
但是这个时候又有一位科学家坐不住了,他就是大名鼎鼎的爱因斯坦。当时爱因斯坦在科学界的名声已经比较大,他也不认可哈勃定律,所以就跑到哈勃那里,希望可以找到反驳他的依据。
但哈勃就拿出了铁钉钉的数据,这些数据都是哈勃观测宇宙星系的红移量得来的,在科学研究面前,管你的名气有多大,真正具有说服力的还是数据。而这些数据里面所显示的也正是支持哈勃定律。
这样爱因斯坦就没办法了,只能将自己正在研究的宇宙理论做出修改。但这样又造成了一个结果,哈勃拿出了让爱因斯坦都无法反驳的数据,这消息瞬间就传开了。因为当时爱因斯坦在科学界里面的地位非常高,他都无法反驳的问题自然就会特别引起别人的注意。
后来人类经过多次对宇宙星系红移量的观测,跟哈勃所得出的结论也差不多,后来人类又发展了射电天文学,向宇宙中发射出射线,再反射回来的射线中,仍然观察到符合哈勃定律的数据,这样这个定律就普遍地受到科学界的认可。
如果再将时间不断的往前推移,那么宇宙的很多物质都可能会集中到一个点,这样哈勃定律也成为了宇宙大爆炸的重要依据。
综上所述,宇宙大爆炸理论也是经过一很长的一段时间才被科学界所认可,科学的研究从来就不是一帆风顺的,每一次提出新的理论,都需要拥有更多的数据来作为支撑。
宇宙模型1.0版本古人很早就开始思考“宇宙到底是什么样的?”,探讨这个问题对于古人而言,只是有利于他们日常的耕作和 社会 的稳定。因为古人没有钟表,需要利用天体的运行来计算时间。比如:一个月就是月球绕着地球转一圈,一天就是一个昼夜。
当然,以上的情况是针对于大多数的文明古国而言的,比如:古巴比伦,古埃及等。我们很容易发现,这些古代文明都位于大河流域附近,能够种植作物,发展农业。
但是在同一个维度有一朵奇葩,它就是古希腊。他们所在的地区土地贫瘠,而且是平原相对较少,很难大规模发展农业。所以,那些比较发达的地方会做一些贸易。后来,因为战争俘获了一些奴隶,奴隶让他们释放了自己的劳动力,加上都是小国寡民,管理相对松散,思想相对自由。于是,他们在思考一些问题时抛开了功利性,而追求纯粹理性。其中,地心说就是古希腊的智慧结晶之一。其中地心说到了托勒密手里到达了顶峰。
在那个时代,地心说其实已经可以很好地预测一些天象,而且精确地已经够那个时代的人使用了。这才被那个时代的学者们所承认,客观地说,地心说符合科学的范式,是科学理论。不仅如此,其实在古希腊时代已经有日心说了,只不过在与地心说较量后,败下了阵来。
宇宙模型2.0版本后来,哥白尼的日心说实际上也没有战胜地心说,不是因为有宗教的庇佑,的的确确是哥白尼的日心说并没有比托勒密的地心说高明到哪里去。
日心说可以确立江湖地位来自于伽利略和开普勒的贡献,尤其是开普勒的三大定律将日心说的精确提高到前所未有的水平,完胜地心说,这才淘汰的地心说。
所以,我们不难发现, 宇宙模型的讨论其实只有一个客观指标那就是:够准。
宇宙模型3.0版本有趣的是日心说才蹦跶没多久,就迎来了毁灭。如果你细想一下,其实如果说地心说不对,那日心说其实也不对。如果地心说对,其实日心说也对,因为这完全就是选择的参考系不同而已。不过,你发现没有,自从牛顿之后,就不再讨论“宇宙中心说”了。那为什么会这样呢?
这其实和牛顿的万有引力定律有关,万有引力定律描述的是物体之间的引力。如果物体之间有吸引力,那宇宙应该就是在引力的作用下,向中心靠拢,最后聚合到一起。
可事实上,我们并没有观测到这个现象,这也让牛顿很纠结。于是,他提出了一个全新的宇宙模型,他认为宇宙的无限大的,处处都是中心,处处都处于引力平衡态,这样就不会向中心靠拢了。
但是你要问牛顿,为什么宇宙是无限大的?有没有证据?牛顿大概率会把上文说到的那一套给你阐述一遍,但他其实拿不出任何证据来证明自己的观点。但是有趣的是,作为物理学界的大神,他可能猜对了“宇宙的大小”,但宇宙并不像他想象中的那样,只存在引力。
宇宙模型4.0版本牛顿之后最牛的大神应该就是麦克斯韦了,再然后是 爱因斯坦 。爱因斯坦提出了一套广义相对论,其中有个场方程预示着宇宙正在膨胀。
爱因斯坦其实也有自己一套宇宙观,他认为宇宙是静态的。意思是说,从大尺度上看,这里的尺度大概是1亿光年,宇宙是不随着时间的变化而发生变化的。也就是我们常说的“宇宙是永恒的”。所以,他不能忍受这个方程的预言,就往这个方程里加了一个宇宙学常数。只要这个常数取值合适,场方程所预言的宇宙就可以是平衡态的。
但是爱因斯坦的宇宙模型并没有得意太久。就把一系列的观测和理论打脸了。首先,就有一位精通科学的神父勒梅特提出,爱因斯坦“加宇宙学常数”的这个行为还是需要多斟酌的,他认为宇宙就像是广义相对论场方程所欲言的那样是膨胀的,然后进行倒推,宇宙必然有一个起点,于是,他提出了宇宙大爆炸模型的前身。
但勒梅特的这条理论仅仅是理论,需要更多的观测证明和补充,好在没有让勒梅特等太久,第二年,哈勃就观测到了银河系外大部分的星系都在离我们远去,通过仔细的分析,就会发现,离我们越远的,远去的速度越快。所以,宇宙应该是膨胀的,而且不是边界在向外扩,整体性地扩大。
后来,一群粒子物理学家加入到宇宙大爆炸模型的建构当中,他们补充了大量宇宙早期发展的理论,并提出了两个证据,分别是宇宙微波背景辐射和氦元素丰度。这两个证据后来相继被证明。这才使得宇宙大爆炸模型成为了主流的科学理论。
所以,其实宇宙大爆炸从1915年爱因斯坦提出广义相对论至今还在不断被完善,它有三个坚实的证据,分别是哈勃观测到的星系红移,宇宙微波背景辐射,氦元素丰度。同时,宇宙大爆炸也遇到了一些困难,其中最棘手的就是搞清楚暗物质和暗能量到底是什么?
这是因为,暗物质和暗能量占据了宇宙总物质量的95%以上,它们才是主导宇宙演化的主角,如果能搞清楚它们的真身,势必会直接提升我们对于宇宙演化的认知。
天文学家在观测宇宙各大星系的时候,都不约而同发现一个规律。那就是星系与星系之间似乎在相互疏远,学者用三棱镜分析光谱时发现,每个星系内,较小的星系也在疏远,这就是光谱红移现象。
光谱红移是光透过三棱镜后,被分解成七色光波,红色光波及红外线越靠近幕布边缘,就说明光源离三棱镜越远。学者们为证实自己的观测结果,便找出许多年间,不同时期的光谱照片相对照,证明星系之间是在不断快速膨胀的。
宇宙会不断的膨胀下去,那当初的宇宙又什么样呢?天文学者就是根据这一原理,推算出宇宙最初是一奇点,宇宙是大爆炸而产生的,谢谢。