这里展示的是哈勃太空望远镜拍摄的一个候选星系的照片,该星系在大爆炸(z~10星系)后的4.8亿年以及哈勃超深场(HUDF)中的位置被发现。这个星系被吹捧为哈勃望远镜看到的最古老,最遥远的星系。这个领域 - 称为HUDF09--是宇宙中有史以来最深的红外图像。
我们的宇宙诞生于大约137亿年前,在一次巨大的扩张中,它像一个巨大的气球一样吹起太空。简而言之,就是宇宙大爆炸理论,几乎所有的宇宙学家和理论物理学家都支持这种理论。支持这一想法的证据是广泛而有说服力的。例如,我们知道宇宙现在仍在以不断加速的速度扩张。
科学家们还发现了大爆炸的预测热印记,这是宇宙弥漫的宇宙微波背景辐射。我们看不到任何明显超过137亿年的物体,这表明我们的宇宙是在那个时代形成的。
黑暗势力
加州大学伯克利分校的天体物理学家Alex Filippenko说:“所有这些都让大爆炸成为一个非常坚实的基础。”“大爆炸是一个非常成功的理论。”那么这个理论教给我们的是什么?宇宙诞生时真正发生了什么,以及我们今天观察到的形状如何
一开始
传统的大爆炸理论认为我们的宇宙始于一个奇点 - 一个无限密度和温度的点,其性质很难被我们的头脑所掌握。然而,研究人员说,这可能无法准确反映现实,因为奇点思想是基于爱因斯坦的广义相对论。
加州理工学院理论物理学家肖恩卡罗尔说:“问题在于,没有任何理由相信该政权中的广义相对论。”“这将是错误的,因为它没有考虑到量子力学。一旦你到达宇宙历史中的那个地方,量子力学肯定会很重要。”所以宇宙的开始仍然非常模糊。科学家们认为他们可以在大爆炸之后的大约10到36秒(万亿分之一万亿分之一)中选择这个故事。
在那一点上,他们相信,宇宙经历了一个非常短暂和戏剧性的通货膨胀时期,其扩张速度超过了光速。它的尺寸增加了一倍,可能是100倍或更多,都在几分之一秒的范围内。
科学家们说,通货膨胀似乎违反了狭义相对论,但情况并非如此。狭义相对论认为,空间中的两点之间不能比光速更快地传递任何信息或物质。但通货膨胀是空间本身。)“通货膨胀是大爆炸的'爆炸',”Filippenko说,“在通货膨胀之前,只有一些东西,很可能,只是稍微扩大。我们需要像通货膨胀一样让宇宙变大“。
该理论认为,这个迅速膨胀的宇宙几乎没有物质,但它拥有大量的暗能量。暗能量是科学家认为推动宇宙当前加速扩张的神秘力量。在充气期间,暗能量使宇宙平稳并加速。但它并没有坚持很久。“这只是暂时的黑暗能量,”卡罗尔说。“它通过一个叫做再加热的过程转化为普通的物质和辐射。宇宙从充气过程中变冷,再到所有黑暗能量消失时再次变热。”
科学家们不知道可能会引发通货膨胀。Filippenko说,这仍然是大爆炸宇宙学中的关键问题之一。
另一个想法
大多数宇宙学家认为通货膨胀是解释宇宙特征的主要理论 - 具体而言,它是为什么它相对平坦和均匀,大致相同数量的物质在所有方向上均匀分布。
加利福尼亚大学戴维斯分校的理论物理学家安迪·阿尔布雷希特说,各种证据都表明通货膨胀已成为现实。通货膨胀理论的建筑师之一阿尔布雷希特表示,“他们所有人都充满了通货膨胀的情况。” “通货膨胀做得非常好。”
然而,通货膨胀并不是试图解释宇宙结构的唯一想法。理论家提出了另一种称为循环模型的循环模型,该模型基于一种称为ekpyrotic宇宙的早期概念。
这个观点认为我们的宇宙不是从一个点或类似的东西出现的。更确切地说,它“膨胀”为扩张 - 以比通胀理论所预测的更为稳定的速度 - 来自已经存在的已经存在的宇宙。如果这个理论是正确的,我们的宇宙可能会经历无数次的“刘海”和“仰卧起坐”。“我们宇宙的开始将是美好而有限的,”宾夕法尼亚大学的伯特·奥弗鲁特说,他是ekpyrotic理论的创始人之一。
循环模型假定我们的宇宙由11个维度组成,我们只能观察到其中的四个维度(三个空间和一个时间)。我们宇宙的四维部分称为膜(膜的缩写)。这个想法可能会在11维空间中潜伏着其他的branes。两条辫子之间的碰撞可能会使宇宙从收缩到扩张,从而刺激宇宙大爆炸,我们看到了今天的证据。
寻找引力波
不久,科学家们可能确切地知道哪种理论 - 通货膨胀或循环模型 - 能够更好地反映现实。
菲利普科说,例如,通货膨胀可能产生比强烈的“反弹”更强的引力波。因此研究人员正在寻找这些理论上的时空扭曲的迹象,这些迹象尚未被观察到。
欧洲航天局的普朗克卫星于2009年发射,可能会发现难以捉摸的引力波。Ovrut说,它也可能收集其他证据,可能无论如何都会缩小尺度。“这些是在未来10年内将被讨论并有希望决定的事情,”Ovrut说。
我们所知道的宇宙成形了
宇宙学家怀疑统治宇宙的四种力量 - 重力,电磁力和弱而强的核力 - 在宇宙诞生时被统一为一股力量,由于极端温度和密度而被压扁在一起。
但随着宇宙膨胀和冷却,情况发生了变化。在通货膨胀时期,强大的力量可能会分离出来。在大爆炸之后大约10万亿分之一秒,电磁和弱力也变得明显。
在通货膨胀之后,宇宙很可能充满了热的密集等离子体。研究人员认为,大约1微秒(10到零下6秒)左右,它已经冷却到足以让第一个质子和中子形成。
在大爆炸后的前三分钟,这些质子和中子开始融合在一起,形成氘(也称为重氢)。然后氘原子相互连接,形成氦-4。
重组:宇宙变得透明
这些新创造的原子都带正电,因为宇宙仍然太热而无法捕获电子。
但是在大爆炸之后,这已经改变了大约38万年。在一个称为重组的时代,氢和氦离子开始阻碍电子,形成电中性原子。光线明显偏离自由电子和质子,但远离中性原子。所以光子现在可以更自由地穿越宇宙。重组戏剧性地改变了宇宙的外观; 它是一种不透明的雾,现在变得透明了。我们今天观察到的宇宙微波背景辐射可以追溯到这个时代。
但是,在重组之后,宇宙很长一段时间都非常黑暗,只有在大爆炸后大约3亿年后第一颗恒星开始闪耀时才真正亮起。他们帮助撤消了重组已完成的大部分工作。这些早期恒星 - 或许还有其他一些神秘来源 - 抛出了足够的辐射,将大部分宇宙中的氢分解成其组成的质子和电子。这个被称为再电离的过程似乎已经在大爆炸后大约10亿年前完成。宇宙今天并不是不透明的,因为它在重组之前,因为它已经扩展了很多。科学家说,宇宙的物质非常稀释,因此光子散射相互作用相对较少。
随着时间的推移,恒星聚集在一起形成星系,导致宇宙中越来越大的结构。行星聚集在一些新形成的恒星周围,包括我们自己的太阳。而在38亿年前,生命在地球上扎根。
在大爆炸之前?
虽然关于宇宙的最初几个时刻的许多内容仍然是推测性的,但大爆炸之前的问题更加神秘且难以解决。
对于初学者来说,问题本身可能是荒谬的。如果宇宙来自虚无,正如一些理论家所认为的那样,宇宙大爆炸标志着时间本身开始的瞬间。在那种情况下,不会有“之前”这样的事情,卡罗尔说。
但是,宇宙诞生的一些概念可以提出可能的答案。例如,循环模型表明收缩的宇宙在我们扩张的宇宙之前。卡罗尔也可以想象在大爆炸之前存在的东西。
“这可能只是我们发生大爆炸之前存在的空白空间,然后一些量子波动产生了像我们这样的宇宙,”他说。“你可以想象一个小小的空间泡沫通过波动捏起来,只是充满了一点点能量,然后可以通过通货膨胀进入宇宙。”
菲利彭科也怀疑这些方面可能是真的。“我认为宇宙中的时间始于宇宙大爆炸,但我认为我们是前任,母宇宙的波动,”菲利彭科说。
我们最终会知道么?
宇宙学家和物理学家正在努力改进他们的理论,并将宇宙的最早时刻带入更清晰,更清晰的焦点。但他们真的会知道大爆炸发生了什么吗?
这是一项艰巨的挑战,特别是因为研究人员的工作时间为137亿年。卡罗尔说,但不要把科学计算在内。毕竟,100年前,人们对宇宙知之甚少。我们不知道广义相对论,例如量子力学。我们不知道宇宙正在膨胀,我们不知道宇宙大爆炸。
“我们现在知道所有这些事情,”卡罗尔说。“进步的速度实际上非常快,所以我永远不会屈服于悲观主义。在最近的宇宙学和物理学史上,没有理由对我们理解宇宙大爆炸的前景感到悲观。”
阿尔布雷希特表达了类似的乐观态度,并表示我们有一天甚至可能会弄清楚大爆炸之前是否存在什么。
“我的希望是宇宙学如此成功,”他说。“看来大自然给我们发出了一个明确的信息,即我们真的可以用宇宙做科学。”
只要智商正常,都不会相信。
我是比较相信的,因为这种说法是很多科学家提出来的,有一定的依据,听起来非常的合理。
只能选择相信,因为只有这种说法才最有说服力,作为普通人,是不可能掌握复杂的天文知识。而且这种说法比较合情合理。
相信,因为我觉得很多事情都是在巧合下面发生的。